Система передачи цифровых сигналов с двукратным частотным разнесением
Система передачи цифровых сигналов с двукратным частотным разнесением - это устройство, которое относится к технике радиосвязи и может быть использовано при передаче цифровых сигналов по каналам, использующим две полосы спектра, разнесенные по частотной оси.
При передаче цифровой информации в каждой ветви разнесения с помощью регистров и тактовых генераторов сигналы распределяется по m частным каналам на поднесущих частотах и поступают на блоки модуляции, состоящие из модулятора и генератора поднесущей. Каждый частный канал имеет достаточно узкую полосу спектра, в результате на передаваемые символы действуют только «гладкие» замирания и убирается межсимвольная интерференция. Перед передачей символы с помощью кодера дополнительно кодируются сверточным кодом и по разным ветвям разнесения передаются не одинаковые, а различающиеся последовательности символов. На приемной стороне с помощью приемников, сдвигового регистра и блоков демодуляции осуществляется восстановление исходной информационной последовательности. С помощью фильтров, амплитудных детекторов, аналого-цифровых преобразователей и блока памяти определяются уровни сигналов в каждом частном канале и с помощью декодера осуществляется «мягкое» декодирование по алгоритму Витерби. Сверточное кодирование убирает воздействие частотно-селективных замираний за счет исправляющего действия кода.
Применение предлагаемой полезной модели позволяет значительно снизить негативное влияние частотно-селективных замираний и межсимвольной интерференции при передаче сигналов по каналам с частотным разнесением, тем самым повысить помехоустойчивость и систем передачи информации.
Система передачи цифровых сигналов с двукратным частотным разнесением - это устройство, которое относится к технике радиосвязи и может быть использовано при передаче цифровых сигналов по каналам, использующим две полосы спектра, разнесенные по частотной оси.
При прохождении трасс передачи в различных системах (например, тропосферных, мобильных и др.) разнесенные сигналы за счет воздействия замираний значительно меняются по уровню. Замирания являются результатом интерференции значительного числа лучей, пришедших от передатчика к приемнику по различным путям, и проявляются, как случайные колебания коэффициента передачи, независимо изменяющиеся в разных ветвях частотного разнесения.
Взаимосвязь между замираниями по частотной оси определяется радиусом частотной корреляции, равным интервалу между двумя частотами, замирания на которых можно считать независимыми. При использовании частотного разнесения интервал между полосами, на которых производится передача, выбирается много больше интервала частотной корреляции на данной трассе передачи сигналов, поэтому замирания в разных ветвях разнесения независимы.
В случае узкополосных систем передачи, когда ширина спектра сигналов меньше величины радиуса частотной корреляции, в обеих ветвях разнесения наблюдаются «гладкие» замирания, когда одновременно и одинаково изменяются все спектральные составляющие сигнала. Это в целом не меняет форму спектра передаваемого сигнала, лишь изменяет его общий уровень.
В случае широкополосных систем передачи, к которым, как правило, относятся цифровые системы передачи, ширина спектра сигнала может быть значительно больше величины радиуса частотной корреляции канала передачи. Это приводит к появлению частотно-селективных замираний (ЧСЗ), при которых форма частотной характеристики канала передачи не остается равномерной, а непрерывно меняет свою форму. Разные участки частотной характеристики замирают по-разному, в результате она приобретает изрезанную форму. Также появляются значительные провалы характеристики на разных частотах. Это приводит к значительным искажениям спектра сигнала. Информация, находящаяся в отдельных участках спектра при замирании этих участках может теряться безвозвратно.
Кроме этого, в цифровых системах передачи при прохождении канала с неравномерной частотной характеристикой сигналы испытывают межсимвольные искажения (МСИ). Они выражаются в значительном удлинении символов. Это приводит к тому, что на каждый принимаемый символ накладывается несколько предыдущих символов. В результате передача информации значительно ухудшается вплоть до полного ее срыва.
Известны различные устройства, увеличивающие помехоустойчивость при передаче по каналам с рассеянием и замираниями сигналов. Применяются различные виды кодирования, описанные, например, в книге: Б.Скляр «Цифровая связь. Теоретические основы и практическое применение» - М.:, Издательский дом «Вильямс», 2003, главы 6-8. Устройства содержат на передающей стороне кодеры, вводящие в цифровой поток дополнительные символы, определенным образом связанные с передаваемыми информационными символами. На приемной стороне на основе принятой последовательности символов может быть восстановлена часть утерянных символов за счет того, что взаимосвязи между символами известны. Кодирование требует использования дополнительных символов, что уменьшает скорость передачи информационных символов. Из-за уменьшения скорости передачи используется небольшое число дополнительных символов, поэтому восстановительные способности устройств, реализующих эти методы, ограничены. Кроме того, кодирование не избавляет от межсимвольной интерференции.
Известны также устройства, реализующие метод разнесенного приема, описанные, например, в вышеназванном источнике, или в книге: В.П.Ипатов и др. «Системы мобильной связи» - М.: Горячая линия-Телеком, 2003, глава 6. Устройства содержат приемники, блоки оценивания качества сигнала, сумматоры блоки фазирования и коммутаторы. В подобных устройствах по разным разнесенным каналам передаются одинаковые копии одного и того же передаваемого разнесенного сигнала. На приемной стороне выбирается лучшая из копий, либо копии складываются. Поскольку замирания в различных ветвях независимы, то, если в одной ветви произошло замирание, то в другой ветви одновременного с ним замирания скорее всего не будет, и передаваемая информация не пропадет.
Применение подобного разнесенного приема не спасает при частотно-селективных замираниях. При частотно-селективных замираниях в полосе частот происходят не только отклонения формы амплитудно-частотной характеристики от равномерной, но и отклонения фазочастотной характеристики от линейной. В разных ветвях разнесения фазочастотные характеристики различаются. Общим фазированием разнесенных сигналов различную разность фаз в разных участках полосы спектра разнесенных сигналов убрать невозможно. В результате этого при сложении разнесенных сигналов разные части спектра сигнала складываются с разным фазовым сдвигом, что в различных участках спектра сигнала приводит как к усилению, так и к ослаблению спектральных составляющих, и неравномерность амплитудно-частотной характеристики не уменьшается. Не устраняются при этом и межсимвольные искажения.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемой полезной модели является устройство, реализующее метод, описанный, например, в книге: В.А.Галкин «Цифровая мобильная радиосвязь» - М.: Горячая линия-Телеком, 2007, глава 4. Метод для борьбы с межсимвольной интерференцией реализует OFDM - ортогональную многомерную частотную модуляцию. В соответствующих устройствах содержатся передатчики, приемники, блоки модуляции, сумматоры, преобразователи кодов, преобразователи Фурье. При этом цифровые сигналы передаются на нескольких поднесущих частотах, образующих частные каналы передачи. При использовании m поднесущих входной информационный поток символов разделяется на группы из m символов. Каждый символ из группы передается в своем частном канале на своей поднесущей. В каждом из частных каналов передачи символы поступают со скоростью, в m раз меньшей, чем скорость входного информационного потока. В результате этого они могут быть сделаны в m раз длиннее, чем исходные символы и могут быть переданы в m раз более узкой полосе частот.
На приемной стороне после демодуляции сигналов в каждом частном канале из полученного параллельного набора принятых символов формируется последовательный информационный поток.
На передающей стороне используются преобразователи последовательного кода в параллельный, m блоков модуляции, состоящих каждый из генератора поднесущей и модулятора, и сумматор сигналов частных каналов. На приемной стороне осуществляется операция, схожая с прямым преобразованием Фурье, т.е. выделение поднесущих и из совокупности сигналов в частных каналах образование непрерывного потока символов. Поскольку в каждом канале длительность передаваемого символа значительно больше, чем его растяжение по времени из-за межсимвольной интерференции, то значительного наложения символа на последующие символы не происходит и влияние межсимвольной интерференции устраняется.
Недостатки прототипа заключаются в том, что негативное воздействие частотно-селективных замираний на совокупность сигналов в частных каналах остается. Если в результате замирания появляется провал на каком-то участке общей полосы используемого спектра частот, то передача по всем частным каналам, попавшим в эту пораженную область спектра частот, прекращается. Символы, передаваемые по этим частным каналам и информация, которую они переносят, пропадают безвозвратно. Таким образом, устройства, реализующие метод OFDM, устраняют влияние межсимвольных искажений, но остаются подвержены частотно-селективным замираниям, что ухудшает помехоустойчивость и надежность связи.
Кроме того, при реализации OFDM совместно с разнесенным приемом взаимные фазовые сдвиги сигналов в разных частных каналах могут оказаться различными. Это при сложении разнесенных сигналов потребует отдельных независимых устройств фазирования в каждом частотном канале. При значительном количестве частных каналов это сильно усложняет аппаратуру и снижает надежность ее работы.
Задачей данной предлагаемой полезной модели является повышение помехоустойчивости и надежности передачи цифровой информации по каналам с частотным разнесением.
Поставленная задача решается тем, что в устройство, содержащее на передающей стороне первый и второй передатчики, первый сумматор, третий сумматор и первую группу из m блоков модуляции, состоящих из модулятора и генератора поднесущей, на приемной стороне первый и второй приемники, введены на передающей стороне вторая группа из m блоков модуляции состоящих из модулятора и генератора поднесущей, второй сумматор, регистр памяти, первый, второй и третий сдвиговые регистры, первый тактовый генератор, первый и второй делители частоты и кодер, а на приемной стороне - четвертый сдвиговый регистр, блок памяти, третий делитель частоты, второй тактовый генератор, декодер, первая и вторая группа из m блоков демодуляции, каждый из которых содержащий фильтр, демодулятор, амплитудный детектор и аналого-цифровой преобразователь, при этом на передающей стороне вход устройства подключен к последовательному входу первого сдвигового регистра, параллельный выход которого подключен к параллельному входу второго сдвигового регистра, а его последовательный выход - к сигнальному входу кодера, выход которого соединен с последовательным входом третьего сдвигового регистра, параллельный выход третьего сдвигового регистра соединен с параллельным входом регистра памяти, а его выходы - со входами всех блоков модуляции первой и второй групп блоков модуляции, выходы всех блоков модуляции первой группы блоков модуляции подключены ко входам первого сумматора, выходы всех блоков модуляции второй группы блоков модуляции - ко входам второго сумматора, а выходы первого и второго сумматоров через, соответственно, первый и второй передатчики - ко входам третьего сумматора, а его вход подключен к передающей антенне, выход первого тактового генератора соединен с тактовыми входами кодера, второго и третьего сдвиговых регистров, через первый делитель частоты - с тактовым входом первого сдвигового регистра и через второй делитель частоты - со входами записи второго и третьего сдвиговых регистров, вход каждого блока модуляции соединен со входом модулятора, другой вход модулятора - с выходом генератора поднесущей, а выход модулятора - с выходом блока модуляции, на приемной стороне выход первого приемника подключен ко входам всех блоков демодуляции первой группы блоков демодуляции, а выход второго приемника - ко входам всех блоков демодуляции второй группы блоков демодуляции, первые выходы всех блоков демодуляции обеих групп подключены к параллельным входам четвертого сдвигового регистра, а вторые выходы всех блоков демодуляции обеих групп - к параллельным входам блока памяти, выходы четвертого сдвигового регистра и блока памяти соединены соответственно с первым и вторым входами декодера, а его выход - с выходом устройства, выход второго тактового генератора соединен с тактовыми входами четвертого сдвигового регистра и блока памяти и со входом третьего делителя частоты, а его выход - со входами записи четвертого сдвигового регистра и блока памяти, вход каждого блока демодуляции соединен со входом фильтра, а его выход через демодулятор соединен с первым выходом блока демодуляции, а через последовательно соединенные амплитудный детектор и аналого-цифровой преобразователь - со вторым выходом блока демодуляции, входы первого и второго приемников соединены с приемной антенной.
На чертежах приведены: на фиг.1 - структурная схема передающей части устройства; на фиг.2 - структурная схема приемной части устройства.
На фиг.1 обозначены: регистр памяти 1; первый 2 и второй 3 делители частоты; первый 4 и второй 5 передатчики; первый 6, второй 7 и третий 8 сдвиговые регистры; первый тактовый генератор 9; кодер 10; первый 11, второй 12 и третий 13 сумматоры; первая 14 и вторая 15 группы блоков модуляции; блоки модуляции 16, 17 и 18, ходящие в первую группу блоков модуляции; блоки модуляции 19, 20 и 21, входящие во вторую группу блоков модуляции; модулятор 22 и генератор несущей 23.
На фиг.2 обозначены: первый 24 и второй 25 приемники; четвертый 26 сдвиговый регистр; блок памяти 27; третий делитель 28; декодер 29; второй тактовый генератор 30; блоки демодуляции 31, 32 и 33, входящие в первую группу блоков демодуляции; блоки демодуляции 34, 35 и 36, входящие во вторую группу блоков демодуляции; первая группа блоков демодуляции 37; вторая группа блоков демодуляции 38; фильтр 39 амплитудный детектор 40; демодулятор 41 и аналого-цифровой преобразователь 42.
Блоки устройства работают следующим образом. В каждом частотно-разнесенном канале имеется m частных каналов передачи. Ранее по каждому частотно-разнесенному каналу передавался один и тот же сигнал. В заявляемой полезной модели по каналам разнесения передаются различные сигналы. Они формируются следующим образом.
На вход устройства поступает непрерывная последовательность символов Sинф с частотой fC. Она подается на последовательный вход первого сдвигового регистра 6. С поступлением каждого тактового импульса на тактовый вход этого сдвигового регистра зафиксированная в нем последовательность символов сдвигается на один разряд. Сдвиговый регистр имеет m ячеек.
Первый тактовый генератор вырабатывает тактовые импульсы с частотой fT=2fC. Они поступают на первый делитель частоты 2, где их частота делится в два раза и становится равной частоте поступления входных символов на первый сдвиговый регистр 6. Они и используются в качестве импульсов, управляющих сдвигом содержимого первого сдвигового регистра.
Параллельные выходы первого сдвигового регистра соединены с параллельными входами второго сдвигового регистра 7. По сигналу со входа записи во второй сдвиговый регистр 7 по параллельным входам переписывается текущее содержание первого сдвигового регистра 6. Сигнал записи получается с помощью второго делителя частоты 3, в котором частота входной последовательности импульсов делится в 2m раз. Таким образом, на выходе второго делителя частоты частота тактовых импульсов равна fT/2m=fC/m. При этом, содержимое первого сдвигового регистра 6 во второй сдвиговый регистр 7 передается порциями в параллельном коде по m символов. После того, как во второй сдвиговый регистр поступил очередной набор из m символов, он последовательно выводится с последовательного выхода этого регистра с помощью тактовых импульсов, следующих с частотой f T.
Эти символы поступают на кодер 10. Этот кодер осуществляет сверточное кодирование поступившей входной последовательности. Кодирование осуществляется со степенью кодирования, равной ½, то есть количество дополнительных символов, добавляемых в последовательность, равно количеству входных информационных символов кодера. Таким образом, последовательность закодированных символов с выхода кодера имеет скорость, вдвое превышающую скорость символов исходной информационной последовательности. Работа кодера 10 управляется тактовыми импульсами первого тактового генератора 9.
Выработанная кодером закодированная последовательность символов поступает на последовательный вход третьего сдвигового регистра 8. Он имеет 2m ячеек. Сдвиг содержимого ячеек производится тактовым сигналом с частотой fT. С параллельного выхода третьего сдвигового регистра 8 сигналы подаются на параллельный вход регистра памяти 1. Запись в регистр памяти производится выходными сигналами второго делителя частоты 3 с частотой f T/2m. Таким образом, в память регистра памяти заносятся порции по 2m последовательно расположенных кодированных символов.
Сигналы с параллельных выходов регистра памяти 1 подаются на входы блоков модуляции. Сигналы с первых m выходов регистра подаются на первую группу 14 блоков модуляции 16, 17 и 18. Сигналы с остальных выходов регистра памяти подаются на вторую группу 15 блоков модуляции 19, 20 и 21.
В каждом из блоков модуляции осуществляются однотипные операции. Сигнал поднесущей частоты, вырабатываемый генератором поднесущей частоты 23, модулируется в модуляторе 22 с помощью модулирующего сигнала, поступившего с соответствующего выхода регистра памяти 1. Все поднесущие частоты всех генераторов 23 одной группы различаются по величине. Поднесущая частота каждого генератора первой группы 14 блоков модуляции совпадает с поднесущей частотой одного из генераторов из блоков модуляции второй группы 15.
Выходные сигналы всех блоков модуляции первой группы 14 суммируются в первом сумматоре 11. Выходные сигналы всех блоков модуляции второй группы 15 суммируются во втором сумматоре 12.
Выходной сигнал первого сумматора 11 подается на первый передатчик 4 и переносится в частотный диапазон первого канала разнесения. Выходной сигнал второго сумматора 12 подается на второй передатчик 5 и переносится в частотный диапазон второго канала разнесения. Выходные сигналы обоих передатчиков складываются в третьем сумматоре 13 и излучаются антенной.
На приемной стороне с приемной антенны сигналы подаются на первый 24 и второй 25 приемники, в каждом из которых выделяются сигналы из частотного диапазона соответствующего канала разнесения. Выходной сигнал первого приемника 24 поступает на входы всех блоков демодуляции 31, 32 и 33 первой группы 37 блоков демодуляции. Выходной сигнал второго приемника 25 поступает на входы всех блоков демодуляции 34, 35 и 36 второй группы 38 блоков демодуляции.
Все блоки демодуляции имеют однотипную структуру. Выходной сигнал приемника проходит через фильтр 39. Каждый фильтр - это полосовой фильтр, и имеет такую форму частотной характеристики, чтобы пропускать сигнал одного из частных каналов. Полосы пропускания фильтров всех блоков демодуляции внутри одной группы не совпадают между собой. Полоса пропускания каждого фильтра блока демодуляции одной из групп совпадает с полосой пропускания фильтра одного из блоков демодуляции другой группы.
В каждом блоке демодуляции выходной сигнал фильтра 39 проходит через демодулятор 41, где демодулируется, и поступает на первый выход данного блока демодуляции. Кроме этого, выходной сигнал фильтра проходит через амплитудный детектор 40, где образуется напряжение, пропорциональное его уровню. Аналоговая величина этого напряжения преобразуется в цифровую форму в аналого-цифровом преобразователе 42 и подается на второй выход этого блока демодуляции.
Выходные сигналы с первых выходов всех блоков демодуляции поступают на параллельные входы четвертого сдвигового регистра 26, выходные сигналы со вторых выходов всех блоков демодуляции поступают на параллельные входы блока памяти 27. Сигналы с выхода каждого аналого-цифрового преобразователя представляют собой код, содержащий информацию об уровне сигнала в данном частном канале. Эти коды заносятся в ячейки блока памяти, содержащие количество разрядов, определяемое количеством разрядов кода с аналого-цифрового преобразователя. При поступлении на блок памяти тактовых сигналов о последовательном сдвиге, содержимое ячеек сдвигается и может поступать на выход блока памяти последовательно в соответствии с расположением ячеек.
Запись сигналов на параллельные входы четвертого регистра и блока памяти происходит одновременно. Последовательный сдвиг содержимого происходит также синхронно. Сдвиг управляется с помощью тактовых импульсов с третьего тактового генератора 30 с частотой fT. Для записи в регистры используется выходной сигнал третьего делителя частоты 28. На него подается последовательность импульсов с частотой fT, в делителе эта частота делится в 2m раз, и на выходе образуется сигнал с частотой fT/2m.
Выходные сигналы с последовательных выходов четвертого сдвигового регистра 26 и блока памяти 27 подаются на декодер 29. Декодер осуществляет сверточное декодирование сигналов на основе последовательности символов с выхода четвертого сдвигового регистра 26. С выхода блока памяти 27 поступает последовательность сигналов, несущих информацию об уровне каждого принятого символа, и, следовательно, об относительной вероятности ошибки, которая имела место при приеме этого символа. Эта информация используется в декодере для осуществления «мягкого» декодирования по принципу, изложенному, например, в упомянутой выше книге Б.Скляра, глава 7. Выход демодулятора является выходом устройства.
Принцип работы заявляемой системы передачи заключается в следующем.
Для борьбы с межсимвольной интерференцией длительность каждого символа увеличивается в m раз. При этом ширина полосы его спектра может быть сокращена в m раз, и он может быть передан по частному каналу с полосой передачи в m раз более узкой, чем спектральная полоса одного канала разнесения.
Исходный информационный поток разделяется на группы по m символов. Для этого он в последовательном коде записывается с первый сдвиговый регистр 6. Запись производится с частотой fC=f T/2, которая равна частоте следования символов исходного информационного потока. После того, как в первый сдвиговый регистр 6 зашла очередная группа из m символов, она переписывается в параллельном коде во второй сдвиговый регистр 7 с помощью сигналов записи, которые следуют с частотой fT/2m.
Из второго регистра 7 группа из m символов считывается с частотой fT и подается на кодер 10. Поскольку это считывание производится с частотой, вдвое большей, чем частота поступления в устройство исходных информационных символов, то между группами символов образуются паузы, по времени равные длительности каждой группы.
Эти временные интервалы используются при кодировании для вставления в исходную последовательность такого же количества дополнительных кодирующих символов. Это производится в кодере 10, который осуществляет сверточное кодирование со степенью кодирования, равной ½. На выходе кодера присутствует кодированная непрерывная (без пауз) последовательность с частотой следования символов, равной fT=2fC.
Эта кодированная последовательность символов подается на последовательный вход третьего сдвигового регистра 8, непрерывный сдвиг в котором осуществляется с частотой fT. Количество ячеек в этом сдвиговом регистре равно 2m. Содержимое третьего сдвигового регистра 8 переписывается в параллельном коде в регистр памяти 1. Запись в регистр памяти производится с частотой fT/2m, в результате чего в него переписываются группы из 2m символов, содержащие и исходные, и дополнительно введенные символы.
Записанные в регистр памяти значения символов хранятся в нем до очередного обновления, то есть в течение интервала времени, в m раз большего, чем длительность информационных символов на входе устройства и передаются в течение интервала времени, также в m раз большего, чем длительность входных информационных символов устройства. Спектр каждого из сигналов на выходе регистра памяти уже спектра входных символов устройства в m раз и сигнал может быть передан по частотному каналу с полосой в m раз уже, чем полоса спектра одного канала разнесения.
С параллельных выходов регистра памяти значения символов подаются на блоки модуляции 16-21 и используются для модуляции поднесущих частот. Каждый блок модуляции содержит генератор поднесущей 23 и модулятор 22. Значения всех поднесущих частот в одной группе блоков модуляции различаются, каждая поднесущая соответствует своему частному каналу. В модуляторе 22 сигнал каждой поднесущей модулируется выходным символом с соответствующего параллельного выхода регистра памяти 1.
Первая 14 и вторая 15 группы блоков модуляции полностью идентичны одна другой. Каждая из них содержит одинаковое число m блоков модуляции. Поднесущая частота, применяемая в первом блоке 16 первой группы, равна поднесущенй частоте, применяемой в первом блоке модуляции второй группы 18, поднесущая частота, применяемая во втором блоке модуляции 17 первой группы равна поднесущей частоте, применяемой во втором блоке 20 второй группы, и т.д. вплоть до m-ных блоков модуляции 18 и 21 обеих групп. Выходные сигналы всех блоков модуляции 16-18 первой группы блоков модуляции складываются в первом сумматоре 11, выходные сигналы всех блоков модуляции 19-21 второй группы блоков модуляции складываются во втором сумматоре 12 и образуют соответствующие групповые сигналы.
Если в устройства-аналогах по обоим каналам частотного разнесения передавался один и тот же сигнал, то в предлагаемой полезной модели по каналам разнесения передаются разные сигналы. Для модуляции поднесущих каждого частотно-разнесенного канала применяется совокупность символов из разных половин регистра памяти, соответственно и групповые сигналы с выходов сумматоров 11 и 12 также различаются.
Эти выходные сигналы первого 11 и второго 12 сумматоров подаются на первый 4 и второй 5 передатчики, в которых каждый переносится в частотную область, отведенную для соответствующих частотно-разнесенных каналов. Сигналы обоих передатчиков складываются в третьем сумматоре 13 и излучаются с помощью передающей антенны.
Количество частных каналов m в предлагаемой системе передачи в отличие от OFDM зависит не от передаваемого сигнала, а определяется соотношением значения радиуса частотной корреляции на используемой трассе и ширины полосы трактов разнесенной передачи, отводимого для каждого частотно-разнесенного канала. Пусть в полосу частот одного частотно-разнесенного канала укладывается не меньше М значений радиуса частотной корреляции. Тогда количество частных каналов приема m должно быть не меньше, чем М (или не меньше, чем М+1, если соотношение полосы частотно-разнесенного канала и радиуса частотной корреляции округлено в меньшую сторону до целого значения М).
Поскольку ширина полосы каждого частного канала равна или меньше радиуса частотной корреляции, то замирания составляющих сигнала в каждом частотном канале можно считать «гладкими», то есть межсимвольные искажения существенного значения не играют.
Однако передача и использованием поднесущих устраняет только межсимвольную интерференцию. В обоих частотно-разнесенных каналах остается негативное воздействие частотно-селективных замираний. В результате такого воздействия передаваемая информация в одном или нескольких частных канала может пропадать.
В предлагаемом устройстве в отличии от прототипов вероятность подобного повреждения информации значительно снижена. Действительно, применяется кодирование символов, передаваемых одновременно по параллельным каналам, но рассматриваемых в кодере в последовательной форме. Оно обладает способностью исправлять ошибки символов при передаче, и в данном случае в значительной степени убирается негативное проявление замираний. Применяется степень кодирования, равная ½, что, в зависимости от применяемого сверточного кода, позволяет исправлять до половины ошибок в последовательности символов (см., например, вышеуказанную книгу Б.Скляра). Таким образом, даже если будут поражены замираниями одновременно до половины частных каналов (считая количество каналов суммарно в обеих частотно-разнесенных ветвях), то потерь передаваемой информации не произойдет.
Если обозначить через P1 вероятность появления замирания в одном частном канале и считать все частные каналы равноправными, то в устройстве-прототипе вероятность того, что замирание случится в одинаковых частных каналах обеих ветвей разнесения, равна P1
2. Тогда вероятность, что из-за замираний произойдет потеря информации, передаваемой хотя бы по одному каналу, равна:
P2=1-(1-P12)m
mP12.
В предлагаемом устройстве для того, чтобы произошла потеря передаваемой информации, необходимо, чтобы повредились одновременно до m частных каналов. Вероятность этого равна: P3=P1m
Пусть, например, P1 =0,1; m=8. Тогда Р20,08; Р3=10-8. Вероятность потери информации в предлагаемом устройстве значительно меньше, чем в прототипе.
На приемной стороне производятся следующие операции. Приемная антенна принимает сумму частотно-разнесенных сигналов. Далее первый 24 и второй 25 приемники выделяют каждый свой частотно-разнесенный канал и переносят спектр принятых сигналов на промежуточную частоту. После этого выходные сигналы обоих приемников обрабатываются в двух группах 31 и 32 блоков демодуляции 31-36.
Каждая группа содержит m блоков демодуляции. Каждый блок демодуляции обрабатывает сигнал одного из частных каналов одной из ветвей разнесения. Его фильтр 39 настроен выделение спектра сигнала соответствующего частного канала. Совокупность фильтров всех блоков демодуляции выделяет все частные каналы обеих ветвей разнесения.
После того, как фильтр 39 выделил сигнал данного частного канала, в демодуляторе 41 он подвергается демодуляции и подается на первый выход данного блока демодуляции. Сигналы с первых выходов всех блоков демодуляции поступают на параллельные входы четвертого сдвигового регистра 26 и записываются в его ячейках. Запись производится с частотой fT/2m.
В регистре также производится последовательный сдвиг содержимого всех ячеек (последовательное считывание) с частотой fT. Считываемая последовательность подается на первый вход декодера 29. Таким образом, в четвертый сдвиговый регистр 26 записываются в параллельном коде группы по 2m символов. Когда заканчивается считывание последних символов из данной группы, в регистр вновь записывается следующая группа из 2m символов, и т.д. Сигналы записи и сдвига вырабатываются с помощью второго тактового генератора 50 и третьего делителя частоты 28.
В каждом блоке демодуляции 31-36 кроме демодуляции производится определение уровня сигнала в частном канале с помощью амплитудного детектора 40 и преобразование его в цифровой код в аналого-цифровом преобразователе 42. Этот код со всех аналого-цифровых преобразователей параллельно записывается в ячейки блока памяти, а подается из блока памяти последовательно с расположением номеров ячеек на второй вход декодера 29.
Таким образом, на первый вход декодера поступают значения символов переданной закодированной информационной последовательности, и на второй вход декодера - сигналы, содержащие информацию об уровне каждого принятого символа. Обе последовательности поступают одновременно, поэтому, когда в какой-то момент на первом входе декодера присутствует конкретный символ, в этот же момент времени на втором входе декодера присутствует сигнал о принятом уровне этого символа.
Декодер 29 осуществляет сверточное декодирование принятой последовательности кодированных символов и вырабатывает сигнал о передаваемой информационной последовательности, являющийся выходным сигналом устройства. Использование дополнительной информации об уровнях принимаемых символов позволяет дополнительно повысить помехоустойчивость передачи. Это может быть произведено с помощью известных алгоритмов «мягкого» декодирования (например, алгоритмов «мягкого» декодирования Витерби, описанных в вышеупомянутой книге Б.Скляра, глава 7).
Применение предлагаемой полезной модели позволяет значительно снизить негативное влияние частотно-селективных замираний и межсимвольной интерференции при передаче сигналов по каналам с частотным разнесением, тем самым повысить помехоустойчивость и систем передачи информации.
Система передачи цифровых сигналов с двукратным частотным разнесением, содержащая на передающей стороне первый и второй передатчики, первый сумматор, третий сумматор и первую группу из m блоков модуляции, состоящих из модулятора и генератора поднесущей, на приемной стороне первый и второй приемники, отличающаяся тем, что в нее введены на передающей стороне вторая группа из m блоков модуляции, состоящих из модулятора и генератора поднесущей, второй сумматор, регистр памяти, первый, второй и третий сдвиговые регистры, первый тактовый генератор, первый и второй делители частоты и кодер, а на приемной стороне - четвертый сдвиговый регистр, блок памяти, третий делитель частоты, второй тактовый генератор, декодер, первая и вторая группа из m блоков демодуляции, каждый из которых содержащит фильтр, демодулятор, амплитудный детектор и аналого-цифровой преобразователь, при этом на передающей стороне вход устройства подключен к последовательному входу первого сдвигового регистра, параллельный выход которого подключен к параллельному входу второго сдвигового регистра, а его последовательный выход - к сигнальному входу кодера, выход которого соединен с последовательным входом третьего сдвигового регистра, параллельный выход третьего сдвигового регистра соединен с параллельным входом регистра памяти, а его выходы - со входами всех блоков модуляции первой и второй групп блоков модуляции, выходы всех блоков модуляции первой группы блоков модуляции подключены ко входам первого сумматора, выходы всех блоков модуляции второй группы блоков модуляции - ко входам второго сумматора, а выходы первого и второго сумматоров через соответственно первый и второй передатчики - ко входам третьего сумматора, а его вход подключен к передающей антенне, выход первого тактового генератора соединен с тактовыми входами кодера, второго и третьего сдвиговых регистров, через первый делитель частоты - с тактовым входом первого сдвигового регистра и через второй делитель частоты - со входами записи второго и третьего сдвиговых регистров, вход каждого блока модуляции соединен со входом модулятора, другой вход модулятора - с выходом генератора поднесущей, а выход модулятора - с выходом блока модуляции, на приемной стороне выход первого приемника подключен ко входам всех блоков демодуляции первой группы блоков демодуляции, а выход второго приемника - ко входам всех блоков демодуляции второй группы блоков демодуляции, первые выходы всех блоков демодуляции обеих групп подключены к параллельным входам четвертого сдвигового регистра, а вторые выходы всех блоков демодуляции обеих групп - к параллельным входам блока памяти, выходы четвертого сдвигового регистра и блока памяти соединены соответственно с первым и вторым входами декодера, а его выход - с выходом устройства, выход второго тактового генератора соединен с тактовыми входами четвертого сдвигового регистра и блока памяти и со входом третьего делителя частоты, а его выход - со входами записи четвертого сдвигового регистра и блока памяти, вход каждого блока демодуляции соединен со входом фильтра, а его выход через демодулятор соединен с первым выходом блока демодуляции, а через последовательно соединенные амплитудный детектор и аналого-цифровой преобразователь - со вторым выходом блока демодуляции, входы первого и второго приемников соединены с приемной антенной.
