Многоканальный модем кв диапазона
Многоканальный модем относится к технике систем связи и предназначен для работы в составе комплекса приемо-передающей аппаратуры по радиоканалу коротковолнового (KB) диапазона. Модем имеет увеличенную спектральную плотность, способен работать в условиях доплеровского рассеяния, флуктуации фазы и частотно-селективных замираний в канале связи. Технический результат достигается тем, что многоканальный модем KB диапазона содержит модулятор и демодулятор сигналов, блок синхронизации, блок управления, включающий в передающей части параллельно-последовательный преобразователь, блок кодеров относительности, перекодирующее устройство, кодирующее символ информационного канала по Грею и сопоставляющее фазовый сдвиг, генератор сетки частот, блок фазовых манипуляторов, выходное устройство модулятора, и в принимающей части - блок квадратурных демодуляторов, генератор сетки частот, запоминающее устройство, блок вычисления разности фаз, блок сумматоров, блок декодеров относительности, параллельно-последовательный преобразователь и отличается тем, что содержит распределяющее устройство, обеспечивающее максимальное частотное разнесение каналов с одинаковой информацией, с возможностью регулировки пропускной способности от 56 до 8640 бит в секунду в режиме дублирования информации по каналам при изменениях характеристики канала связи, блок синхронизации, позволяющий тактировать демодулятор по информационному каналу и блок квадратурных демодуляторов, обрабатывающий сигналы от двух или более двух антенн, разнесенных в пространстве.
Многоканальный модем относится к технике систем связи и предназначен для работы в составе комплекса приемо-передающей аппаратуры по радиоканалу коротковолнового (KB) диапазона.
Характерной особенностью распространения волн KB диапазона является многолучевость и доплеровское рассеяние.
Электромагнитные волны, излучаемые антенной, частично распространяются вдоль земной поверхности (поверхностная волна), но могут достигать и места приема за счет преломления или отражения от слоев ионосферы или отражения от поверхности Земли (пространственные волны). Иными словами эти волны могут достигать места приема по одному или нескольким путям (лучам) различной длины.
Вследствие многолучевого распространения в месте приема может возникнуть интерференция волн вплоть до полного подавления принимаемого сигнала. Поскольку высота каждого из отражающих слоев ионосферы постоянно изменяется, то явление интерференции подвержено еще и временным флуктуациям.
Возникающие при интерференции замирания в месте приема проявляются в более или менее сильных колебаниях уровня сигнала. Под длительностью замирания понимают время, в течение которого амплитуда принимаемого сигнала не превышает определенного значения, называемого уровнем замираний и задаваемого обычно по отношению к среднему уровню приема.
Движение отражающих слоев ионосферы обуславливает и доплеровское рассеяние. Радиоволны отражаясь от движущихся слоев претерпевают частотные искажения, известные как эффект Доплера. При этом смещение частоты может достигать десятков герц.
Первоочередной задачей модема, как системы передачи данных, является обеспечение максимальной пропускной способности. Пропускная способность С системы передачи дискретной информации, определяется тремя переменными: длительностью элемента (посылки) сигнала 
, число каналов одновременной передачи информации N и число вариантов элемента сигнала (позиционностью сигнала) М:
Многолучевость при уменьшении длительности посылки приводит к сильной межсимвольной интерференции (наложению следующих друг за другом символов). Если не принимать специальных мер, то длительность посылки не может быть выбрана меньше 2÷3 мсек, что в одноканальной двоичной системе ограничивает максимальную пропускную способность приближенной величиной 300÷500 бит/сек.
Увеличение числа вариантов сигнала М при частотной модуляции приводит к пропорциональному расширению полосы занимаемых частот. При фазоразностной модуляции к быстрому уменьшению помехоустойчивости поэлементного приема. Кроме того, при числе разности фаз, большем 8 (кратность модуляции больше 3), возникают трудности реализационного характера.
Таким образом, путем увеличения М или уменьшения в KB радиоканале трудно обеспечить пропускную способность одноканальной двоичной системы выше 1000÷1500 бит/сек.
Известно устройство - прототип для передачи и приема сигналов со многими несущими, содержащее на передающей стороне последовательно-параллельный преобразователь, формирователь комплексных значений передаваемых символов с относительной фазовой манипуляцией, блок обратного дискретного преобразования Фурье, параллельно-последовательный преобразователь, блок добавления защитного интервала и цифроаналоговый преобразователь, а на приемной стороне аналогово-цифровой преобразователь, блок синхронизации, блок удаления защитного интервала, последовательно-параллельный преобразователь, блок дискретного преобразования Фурье, блок демодуляции символов с относительной фазовой манипуляцией и параллельно-последовательный преобразователь, отличающийся тем, что дополнительно содержит в передающей части амплитудный модулятор, на вход которого подается дополнительный двоичный информационный поток, а на выходе формируются значения амплитуд несущих, поступающие далее на блок обратного дискретного преобразования Фурье, причем значения амплитуд формируются по информационному блоку таким образом, что в каждой подгруппе из нескольких несущих половина несущих имеет амплитуды A min, а другая половина имеет амплитуды Аmax>A min, и, кроме того, дополнительно содержит на приемной стороне относительный амплитудный демодулятор, на вход которого подаются комплексные значения символов с блока дискретного преобразования Фурье, а с выхода снимается декодированный двоичный информационный поток, причем декодирование информационного блока в каждой подгруппе проводится "мягким" способом путем вычисления корреляционных метрик для каждой из разрешенных комбинаций амплитуд в подгруппе и определения комбинации, соответствующей максимальной метрике. (Полезная модель 
27766 от 10.02.2003, МПК7 H04L 27/00, Н04В 7/00).
Недостатком данной полезной модели является низкая надежность работы при значительных затуханиях сигнала в канале связи.
Для увеличения пропускной способности заявленное устройство строится как многоканальное с частотным уплотнением. Несущие канальные частоты ортогональны на интервале Т
. Разделение таких сигналов осуществляется с помощью согласованных фильтров. Для обеспечения максимальной пропускной способности система строится как многоканальный модем с ортогональными канальными сигналами и многократной фазоразностной модуляцией.
Вторая задача - обеспечение функционирования системы в канале с ухудшающимися характеристиками, возможность понижения скорости передачи дискретной информации с увеличением помехоустойчивости. Или, иначе говоря, обмен пропускной способности на достоверность. Такой обмен производится путем увеличения защитного интервала в случае ярко выраженной многолучевости, уменьшения кратности манипуляции при малом отношении сигнал/шум, дублирования информации по нескольким каналам при частичном поражении канала вследствие узкополосной помехи или частотно селективного замирания.
Технический результат достигается тем, что многоканальный модем KB диапазона содержит модулятор и демодулятор сигналов, блок синхронизации, блок управления, включающий в передающей части параллельно-последовательный преобразователь, блок кодеров относительности, перекодирующее устройство, кодирующее символ информационного канала по Грею и сопоставляющее фазовый сдвиг, генератор сетки частот, блок фазовых манипуляторов, выходное устройство модулятора, и в принимающей части - блок квадратурных демодуляторов, генератор сетки частот, запоминающее устройство, блок вычисления разности фаз, блок сумматоров, блок декодеров относительности, параллельно-последовательный преобразователь и отличается тем, что содержит распределяющее устройство, обеспечивающее максимальное частотное разнесение каналов с одинаковой информацией, с возможностью регулировки пропускной способности от 56 до 8640 бит в секунду в режиме дублирования информации по каналам при изменениях характеристики канала связи, блок синхронизации, позволяющий тактировать демодулятор по информационному каналу и блок квадратурных демодуляторов, обрабатывающий сигналы от двух или более двух антенн, разнесенных в пространстве.
На чертежах изображено:
на фиг.1 - сетка частот модема;
на фиг.2 - кодер относительности;
на фиг.3 - функциональная схема модулятора;
на фиг.4 - функциональная схема демодулятора;
на фиг.5 - функциональная схема анализатора сигнала;
на фиг.6 - временная диаграмма работы блока синхронизации;
на фиг.7 - блоки устройства разработанного модема.
Групповой сигнал многоканальной системы связи с ортогональными канальными сигналами представляет собой на интервале посылки сумму N гармонических колебаний с расположением частот, схематически изображенных на фиг.1.
Длительность посылки в формуле (1) складывается из интервала
интегрирования Т и длительности защитного интервала 
:
Чтобы уменьшить потери скорости передачи от защитных интервалов, необходимо увеличить длительность информационного символа, увеличивая число каналов N. Однако при этом возрастает влияние доплеровского сдвига частоты.
При использовании М-ичной PSK максимально допустимый доплеровский сдвиг (максимально допустимое частотное рассогласование) можно определить по формуле:
где Сm - скорость модуляции (скорость следования символов).
Как правило, ширина канала F и, следовательно, скорость модуляции должна быть в 10÷20 раз больше FД.
В тестовых каналах, используемых для сравнения модемов в МККР (Международный комитет по радиочастотам), худшее значения достигают 2 мсек для интервала многолучевости и 1 Гц для доплеровского сдвига. Т.е. F минимум 10 Гц, а 
2мс.
Преобразуем (1) с учетом(2):
где F - полоса пропускания модема.
Число канальных сигналов N ограничивается снизу величиной защитного интервала, а сверху величиной доплеровского сдвига и допустимой сложностью реализации. При этом, зависимость пропускной способности С от числа каналов N имеет вид гиперболы с недостижимым пределом 9300 бит/с для 8-фазной манипуляции (PSK-8). Особо ощутим выигрыш в пропускной способности от увеличения числа каналов при N>40. Но, при N50 достигает 90%, и дальнейшее рост числа каналов выигрыш дает незначительный и приводит к усложнению устройства.
Таким образом, удобно положить число каналов N=48, как наиболее выгодное для преобразования, информации (кратно байту). Следовательно, f=64 Гц на канал. Общая полоса излучения: 48×64=3072(Гц). Нижняя частота 320 Гц, верхняя 3392 Гц. Интервал ортогональности 
(мсек)
Тогда, скорость манипуляции в канале для плохого канала (защитный интервал 1=2мсек):
(бо
)
И для хороший канала (защитный интервал 2=1мсек):
(бо)
Одним из наиболее эффективных методов повышения помехоустойчивости при работе в КВ-канале является разнесенный прием. Модем рассчитан на прием сигналов с разнесенных в пространстве антенн. Вместе с тем многочастотная структура группового сигнала позволяет осуществить дополнительной разнесение информации по частоте. Замирания канальных сигналов, отстоящих на интервале больше нескольких сотен герц, практически не коррелированны. Поэтому, дублируя информацию в нескольких каналах, можно повысить верность передачи информации. В таблице 1 проиллюстрированы возможности модема по обмену пропускной способности на достоверность с учетом режимов дублирования, изменения защитного интервала и кратности манипулирования.
| Таблица 1 | ||||||
| Дублирование (Канал на информационный символ) | PSK-8 (3 бита на частоту) | QPSK(2 бита на частоту) | BPSK(1 бит на частоту) | |||
| 60 бод | 56 бод | 60 бод | 56 бод | 60 бод | 56 бод | |
| 1 | 8640 | 8064 | 5760 | 5376 | 2880 | 2688 |
| 2 | 4320 | 4032 | 2880 | 2688 | 1440 | 1344 |
| 4 | 2160 | 2016 | 1440 | 1344 | 720 | 672 |
| 8 | 1080 | 1008 | 720 | 672 | 360 | 336 |
| 16 | 540 | 504 | 360 | 336 | 180 | 168 |
| 24 | 360 | 336 | 240 | 224 | 120 | 112 |
| 48 | 180 | 168 | 120 | 112 | 60 | 56 |
Для повышения выигрыша при дублировании, канальные частоты, переносящие одинаковую информацию, должны быть максимально удалены друг от друга. Обобщенная формула разнесения частот:
где 
,d - режим дублирования (1, 2, 4, 8, 16, 24, 48)
,b - номер дублирующей частоты (от 0 до (d-1))
,с - смещение первой дублирующей частоты (от 1 до а)
Например, для режима дублирования 48 (сорок восемь канальных частоты на информацию):
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 |  | 43 | 44 | 45 | 46 | 47 | 48 |
| 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 |
для режима дублирования 24 (двадцать четыре канальных частоты на информацию):
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | | 43 | 44 | 45 | 46 | 47 | 48 |
| 1 | 2 | 1 | 2 | 1 | 2 | 1 | 1 | 2 | 1 | 2 | 1 | 2 |
для режима дублирования 16 (шестнадцать канальных частоты на информацию):
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | | 43 | 44 | 45 | 46 | 47 | 48 |
| 1 | 2 | 3 | 1 | 2 | 3 | 1 | 1 | 2 | 3 | 1 | 2 | 3 |
для режима дублирования 8 (восемь канальных частоты на информацию):
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | | 43 | 44 | 45 | 46 | 47 | 48 |
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 1 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |
для режима дублирования 4 (четыре канальных частоты на информацию):
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | | 43 | 44 | 45 | 46 | 47 | 48 |
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 |
для режима дублирования 2 (две канальных частоты на информацию):
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | | 43 | 44 | 45 | 46 | 47 | 48 |
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 19 | 20 | 21 | 22 | 23 | 24 |
Модем функционально разбит на 3 части: Модулятор, демодулятор и блок синхронизации.
Модулятор формирует аналоговый сигнал из дискретной информации. Для этого рабочая полоса модема разбивается на каналы с центральными рабочими частотами fi. Для последующего разделения каналов их частоты должны быть ортогональными и удовлетворять условиям:
где si(t),sj(t)-канальные сигналы.
Для удовлетворения условий ортогональности частотное разнесение канальных сигналов должно быть обратно пропорционально их времени накопления:
Для передачи информации используется фазовая манипуляция. С интервалом, именуемым скоростью манипуляции, все несущие частоты совершают по определенному закону скачок фазы. При этом для эффективного использования полосы, скорость манипуляции равна ширине канала f. Правило, по которому двоичные символы информационных каналов сопоставляются со скачком фаз, определяется манипуляционным кодом при текущем режиме манипуляции (таблица 2).
| Таблица 2 | |||||||
| Режим манипуляции | Информационный символ | Перекодирование по Грею | Разность фаз | ||||
| 2 бит | 1 бит | 0 бит | 2 бит | 1 бит | 0 бит | | |
| BPSK | - | - | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| - | - | 1 | 0 | 0 | 1 |  | |
| QPSK | - | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| - | 1 | 0 | 0 | 1 | 0 | /2 | |
| - | 1 | 1 | 0 | 0 | 1 | | |
| - | 0 | 1 | 0 | 1 | 1 | 3/2 | |
| 8-PSK | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 1 | 0 | 0 | 1 | 0 | 0 | /4 | |
| 1 | 1 | 0 | 0 | 1 | 0 | /2 | |
| 0 | 1 | 0 | 1 | 1 | 0 | 3/4 | |
| 0 | 1 | 1 | 0 | 0 | 1 | | |
| 1 | 1 | 1 | 1 | 0 | 1 | 5/4 | |
| 1 | 0 | 1 | 0 | 1 | 1 | 3/2 | |
| 0 | 0 | 1 | 1 | 1 | 1 | 7/4 |
Кроме того, при некогерентном приеме, возможен эффект "обратной работы". В этом случае происходит инверсия двоичных символов, т.е. подмены "0"-"1" и обратно, обусловленная поворотом фазы несущего сигнала относительно опорного в приемнике на . Для устранения подобного искажения информации используется кодер относительности, представленный на фиг.2. Он состоит из линии задержки и сумматора по модулю.
Модулированные канальные сигналы суммируются в групповой сигнал. Групповой сигнал может быть ограничен с целью увеличения средней мощности излучаемого сигнала при ограниченной пиковой.
При выборе глубины ограничения группового сигнала следует иметь в виду, что обычно задано допустимое значение пиковой мощности радиопередатчика, который соответствует максимальной амплитуде UMAX сигнала. Для того, чтобы передавать без искажений многоканальный групповой сигнал, амплитуду А каждого из N канальных сигналов следует взять в N раз меньше UMAX. Тогда мощность, приходящаяся на каждый канальный сигнал, составит РHOM /N2, а средняя мощность группового сигнала составит PHOM/N.
Модулятор функционально состоит из следующих блоков (фиг.3):
ППП - параллельно-последовательный преобразователь. В этом блоке производиться перераспределение поступающего потока байт по m информационным каналам модулятора. Количество этих каналов определяется исходя из режима дублирования. Допустим, если дублирование производиться по двум каналам, число информационных каналов m в два раза меньше количества каналов передачи N.
БКО - блок кодеров относительности. Состоит из n кодеров относительности исключающих инвертирование бит при некогерентной передаче. Кодер включает в себя сумматор по модулю и линию задержки. Модуль сумматора определяется из режима манипуляции. В случае BPSK - модуль 2, QPSK - 4, 8-PSK - 8.
ПКУ - перекодирующее устройство. Кодирует символ информационного канала по Грею и сопоставляет фазовый сдвиг.
РУ - распределяющее устройство. Дублирует информационные символы по каналам передачи, повторяя каждый через m каналов, обеспечивая максимальное частотное разнесение каналов с одинаковой информацией.
ГСЧ - генератор сетки частот. Создает несущую сетку из N частот. Действует по принципу DDS, но за один период манипуляции совершает N проходов по таблице выборок с разным шагом, что эквивалентно синтезу нескольких частот.
БФМ - блок фазовых манипуляторов. Обеспечивает приращение фазы сетки частот согласно фазовым сдвигам ПКУ.
ВУМ - выходное устройство модулятора. Суммирует фазоманипулированные канальные сигналы. Ограничивает амплитуду суммарного сигнала, для уменьшения пик-фактора.
Блок управления - регулирует работу блоков.
Демодулятор производит обратные модулятору преобразования. То есть, из группового аналогового сигнала выделяет канальные сигналы, используя свойство ортогональности гармонических сигналов:
, если 
С помощью квадратурного демодулятора (КД) определяют проекции канальных сигналов на соответствующие опорные колебания:
Пара проекций, In и Q n, определяет фазу канального сигнала на n-ой посылке:
а две, измеренные на соседних посылках - принятую разность фаз:
Вследствие влияния помех принятая разность фаз отличается от переданной. Поэтому необходимо установить правило, по которому принятая разность фаз отождествляется с информационными символами или с одним из возможных значений переданной разности фаз.
При определенных условиях, а именно одинаковая разность фаз для всех вариантов и их равновероятность, лучше всего отождествлять принятую разность фаз с ближайшим из возможных вариантов. При этом с учетом алгоритма вычисления проекций I n и Qn будет реализован оптимальный некогерентный (корреляционный) прием. Например, при BPSK, когда варианты разности фаз равны 0 и , считается переданной разность фаз 0 (и соответствующий информационный символ), если -/2<
</2. В противоположном случае (/2<<3/2) выноситься решение, что передана разность фаз .
Выразим информационные символы в дискретных каналах через проекции. При этом необходимо учесть, не только правило, по которому принятая разность фаз отождествляется с одним из вариантов, но и манипуляционный код, сопоставляющий символы вариантам переданной разности фаз. Принимая во внимание алгоритм обработки, удобно обозначать двоичные символы не через "0" и "1", a "+1" и "-1" соответственно (Таблица 3).
Нетрудно проверить, что при однократной модуляции знак двоичного символа совпадает со знаком косинуса принятой разности фаз:
На основании (4) и (5)
Следовательно,
Подставляя (9) в (5), получаем для случая BPSK:
| Таблица 3 | |||||
| Манипуляция | Принятая разность фаз | Вариант отождествления | Информационный символ | ||
 1 | 2 | 3 | |||
| BPSK | -/2<</2 | 0 | +1 | - | - |
| /2<<З/2 | | -1 | - | - | |
| QPSK | -/4<</4 | 0 | +1 | +1 | - |
| /4<<3/4 | /2 | +1 | -1 | - | |
| 3/4<<5/4 | | -1 | -1 | - | |
| 5/4<<7/4 | 3/2 | -1 | +1 | - | |
| 8-PSK | -/8<</8 | 0 | +1 | +1 | +1 |
| /8<<3/8 | /4 | +1 | +1 | -1 | |
| 3/8<<5/8 | /2 | +1 | -1 | -1 | |
| 5/8<<7/8 | 3/4 | +1 | -1 | +1 | |
| 7/8<<9/8 | | -1 | -1 | +1 | |
| 9/8<<11/8 | 5/4 | -1 | -1 | -1 | |
| 11/8<<13/8 | 3/2 | -1 | +1 | -1 | |
| 13/8<<15/8 | 7/4 | -1 | +1 | +1 |
Аналогично выражаются канальные символы и для остальных случаев манипуляции. Только в этом случае согласно таблице 3 выражаем для QPSK:
Так как
то, учитывая (7) и (8), получаем:
Рассуждая подобным образом
В случае 8-PSK канальные символы представляются как
Выполняя преобразования, находим
Выше показано, что канальные символы определяются знаками синусов и косинусов разностей фаз. Однако само выделение знака необходимо проводить после накопления значений канальных символов по дублирующим каналам и ветвям разнесенного приема. Такое линейное сложение значений синусов и косинусов разностей фаз по каналам эквивалентно оптимальному некогерентному сложению при одинаковых отношениях сигнал/шум.
Демодулятор функционально состоит из следующих блоков (фиг.4):
БКД - блок квадратурных демодуляторов. Состоит из 2N квадратурных демодуляторов (КД), выделяющих из группового сигнала 2N квадратурных и синфазных компонент. Интервал интегрирования в фильтрах определяется схемой синхронизации.
ГСЧ - генератор сетки частот. Создает несущую сетку из N частот с нулевой фазой и N частот с фазой сдвинутой на /2. Эти частоты используются в качестве опорных в БСФ.
ЗУ - запоминающее устройство. Содержит 4N линий задержки на такт манипуляции символа. На выходе содержит текущее и предыдущее значение проекции по каналам.
БВРФ - блок вычисления разности фаз. Исходя из проекций канальных сигналов текущей и предыдущей посылок, определяет коэффициенты пропорциональные фазовому сдвигу между посылками.
БСМ - блок сумматоров. Производит линейное сложение синусов и косинусов разностей фаз, переносящих один и тот же информационный символ. Это эквивалентно оптимальному некогерентному сложению при одинаковых отношениях сигнал/шум в складываемых каналах (ветвях). При этом используется два вида сложения. Во-первых, складываются сигналы, полученные в согласованных фильтрах, при приеме разнесенных по пространству сигналов. Во-вторых, складываются канальные сигналы при дублировании информационного символа по частотно-разнесенным каналам.
БДО - блок декодеров относительности. Производит выделение знака разностей фаз и компонует их в канальные символы. Преобразует в декодере относительности.
ППП - параллельно - последовательное преобразование. Формирует выходной поток, перебирая канальные символы.
Блок управления - регулирует работу блоков.
Блок синхронизации - замкнутая система автоматического управления, предназначенная для выработки тактовых импульсов (синхроимпульсов). Фаза синхроимпульсов изменяется по команде (сигналу коррекции) с выхода анализатора приходящего группового сигнала - устройства, измеряющего временное отклонение синхроимпульса от его идеального положения.
Принцип действия анализатора основан на том, что результат обработки сигнала в согласованном фильтре зависит от расположения интервала интегрирования относительно границ посылок.
В случае попадания интервала интегрирования в пределы одной посылки выход согласованных фильтров i-го канала равен:
где а и 
- амплитуда и фаза i-го канала.
Величины I и Q могут рассматриваться как проекции вектора группового сигнала на i-e опорные функции. Квадрат модуля этого вектора равен
и зависит только от амплитуды I-го канального сигнала, так как при расположении интервала интегрирования внутри посылки другие каналы не влияют на величины I и Q.
Амплитуда а на двух соседних посылках практически неизменна. Поэтому разность между модулями Аn и An-1 , измеренными на соседних посылках, равна нулю, т.е.
Это равенство нарушается, если граница посылок попала внутрь интервала интегрирования. Величины А n и Аn-1, в этом случае являются случайными и зависят от разностей фаз и амплитуд всех канальных сигналов, причем статистические характеристики этих случайных величин изменяются при изменении положения границы посылок относительно интервала интегрирования, разность
также является случайной величиной, и хоты среднее значение разности равно нулю, ее флуктуации тем интенсивнее, чем большая часть соседней посылки попала в интервал интегрирования. Поэтому среднее значение абсолютной величины разности Вn возрастает при увеличении отклонения синхроимпульса относительно его идеального положения, при котором интервал интегрирования располагается точно в середине посылки.
Отличие абсолютной величины разности Вn
от нуля позволяет при отсутствии искажений сигнала на входе согласованного фильтра установить факт отклонения синхроимпульса, но не определяет знак отклонения, который используется для коррекции фазы синхроимпульса.
Знак отклонения синхроимпульса можно определить путем сопоставления двух величин - 
и 
- измеренных на интервалах интегрирования, сдвинутых во времени в разные стороны относительно интервалов интегрирования в согласованных фильтрах канальных блоков (фиг.5). Коррекцию фазы синхроимпульса следует произвести в направлении того интервала, на котором измерялась меньшая из двух величин.
Начало интервала измерения величины 
, под которым будем понимать начало интегрирования при измерении величины Аn опережает начало интегрирования в согласованных фильтрах демодулятора на величину /2, где - длительность защитного интервала (фиг.6). Начало интервала измерения величины 
отстает на /2 от начала интервала интегрирования в согласованных фильтрах. В качестве сигнала коррекции используется знак разности между величинами и . Если 
, то необходимо запаздывание интервала интегрирования. Если 
, то - опережение.
На основе заявленной полезной модели был разработан и испытан многоканальный модем KB диапазона, в котором поставленная задача решается за счет того, что применена параллельная передача информации, со многими несущими; количество несущих выбрано из критерия допустимой максимальной пропускной способности; используются некогерентные методы демодуляции, что снижает требования к стабильности канала связи, и упрощает программно-аппаратную реализацию модема; синхронизация осуществляется по информационному каналу, что повышает спектральную эффективность, в результате чего модем имеет увеличенную спектральную плотность, способен работать в условиях доплеровского рассеяния, флуктуации фазы и частотно-селективных замираний в канале связи и не требует повышенных программно-аппаратных затрат на реализацию функций модуляции/демодуляции.
На фиг.7, отражены все ключевые блоки устройства модема:
Сигнальный процессор - алгоритм работы модема, буферизация и транспортировка данных и команд от ПК и обратно;
Микросхема кодека - включает в себя ЦАП, АЦП и их интерфейс управления;
ПЛИС - выполняет обслуживающие функции;
Преобразователь RS-USB - преобразование протокола USB удобного при работе с ПК в RS-232 - как доступного в периферийных устройствах;
Опорный генератор - тактирование устройства;
Память - EEPROM для хранения программы и данных. В первую очередь используется для начальной загрузки сигнального процессора.
Модем выполнен на плате размером 60 Х 85 мм. Питание и управление устройства производиться через разъем USB. Для связи со смежными устройствами (приемник, передатчик) доступны коммутируемые аналоговые и цифровые каналы. Рабочий алгоритм реализован на сигнальном процессоре с делегированием части функций на программируемую логическую матрицу (ПЛИС) и кодек. Предусмотрено перепрограммирование пользователем без дополнительных аппаратных средств.
Особенностью модема является высокая удельная пропускная способность, при использовании относительно простых принципов построения. Синхронизация по рабочему каналу позволяет не зависеть от пилот-сигнала и эффективно использовать предоставленную полосу. А режим дублирования информации по каналам дает возможность обеспечивать связь при изменениях характеристик канала.
| Ниже представлены основные технические характеристики модема | |
| 1. Вид манипуляций | ФРМ (DPSK) однократная, двукратная, трехкратная |
| 2. Скорость манипуляций в канале | 56 и 60 бод (=17.8 и 16.7 мсек) |
| 3. Число каналов | 48 |
| 4. Вид канальных сигналов | Отрезки гармонических колебаний различных частот, ортогональные на интервале Т |
| 5. Интервал ортогональности (длительность обработки посылки сигнала в демодуляторе) |  |
| 6. Интервал между канальными частотами | F=64(Гц) |
| 7. Полоса группового тракта | 300-3400 Гц |
| 8. Частоты первого и последнего канальных сигналов | f1=320 Гц; f48=3392 Гц; |
| 9. Длительность защитного интервала | 2.2 и 1.1 мсек |
| 10. Пропускная способность | От 56 до 8640 бит/секунду. |
| 11. Метод приема канальных сигналов | Оптимальный некогерентный |
| 12. Разделение канальных сигналов | С помощью активных фильтров в виде корреляторов с опорным колебанием, вырабатываемым местным независимым генератором |
| 13. Методы повышения помехоустойчивости (без снижения пропускной способности) | Сдвоенный прием |
| 14. Метод повышения помехоустойчивости за счет снижения пропускной способности | Дублирование информации по 2, 4, 8, 16, 24, 48 каналам; уменьшение кратности манипуляции; увеличение защитного интервала |
| 15. Синхронизация | По информационному сигналу методом сравнения разностей модулей посылок группового сигнала |
1. Многоканальный модем KB диапазона, содержащий модулятор и демодулятор сигналов, блок синхронизации, блок управления, включающий в передающей части параллельно-последовательный преобразователь, блок кодеров относительности, перекодирующее устройство, кодирующее символ информационного канала по Грею и сопоставляющее фазовый сдвиг, генератор сетки частот, блок фазовых манипуляторов, выходное устройство модулятора и в принимающей части - блок квадратурных демодуляторов, генератор сетки частот, запоминающее устройство, блок вычисления разности фаз, блок сумматоров, блок декодеров относительности, параллельно-последовательный преобразователь, отличающийся тем, что содержит распределяющее устройство, обеспечивающее максимальное частотное разнесение каналов с одинаковой информацией, с возможностью регулировки пропускной способности от 56 до 8640 бит в секунду в режиме дублирования информации по каналам при изменениях характеристики канала связи, блок синхронизации, позволяющий тактировать демодулятор по информационному каналу.
2. Многоканальный модем KB диапазона по п.1, отличающийся тем, что содержит блок квадратурных демодуляторов, обрабатывающий сигналы от двух или более двух антенн, разнесенных в пространстве.
