RU2626554C1

RU2626554C1 - Signal modulation method

Info

Publication number: RU2626554C1
Application number: RU2016114366A
Authority: RU
Inventors: Юрий Михайлович Вешкурцев; Никита Дмитриевич Вешкурцев; Евгений Игоревич Алгазин
Priority date: 2016-04-13
Filing date: 2016-04-13
Publication date: 2017-07-28

Abstract

FIELD: radio engineering, communication.

SUBSTANCE: signal modulation method is based on signal multiplication, as a result of which the DC voltage is multiplied with the telegraph signal, and the product is summed with the centered quasi-deterministic signal and the characteristic function of the transformed quasi-deterministic signal is modulated.

EFFECT: narrowing of the frequency band when transmitting discrete information.

2 dwg

Description

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано при создании модуляторов сигналов для передачи дискретной информации.The invention relates to radio engineering and can be used to create signal modulators for transmitting discrete information.

Сигнал имеет параметры, к которым относятся амплитуда, мгновенная фаза и мгновенная частота. Кроме того, сигнал имеет характеристики, например характеристическую функцию.The signal has parameters, which include amplitude, instantaneous phase and instantaneous frequency. In addition, the signal has characteristics, for example a characteristic function.

В статистической радиотехнике известна характеристическая функция (х.ф.) вида [Тихонов В.И. Статистическая радиотехника. Москва: Радио и связь, 1982, с. 32]In statistical radio engineering, the characteristic function (HF) of the type [Tikhonov V.I. Statistical radio engineering. Moscow: Radio and Communications, 1982, p. 32]

где V_m=mΔV - параметр х.ф.; u(t) - сигнал;

- знак математического ожидания; t время.where V _m = mΔV is the parameter hf; u (t) is the signal;

- a sign of mathematical expectation; t time.

Преобразование выражения приводит его к видуConverting an expression makes it look

где A (V_m,t), B (V_m,t) - действительная и мнимая части х.ф. соответственно.where A (V _m , t), B (V _m , t) are the real and imaginary parts of the f.ph. respectively.

Параметры и характеристики сигнала можно модулировать.The parameters and characteristics of the signal can be modulated.

Известен способ модуляции (манипуляции) амплитуды несущего колебания, основанный на изменении амплитуды сигнала на выходе многополюсника, например усилителя, по закону передаваемого сообщения при постоянной амплитуде колебания несущей частоты на входе многополюсника [Гоноровский И.С. Радиотехнические цепи и сигналы. - Москва: Сов. радио, 1964, с. 436-438].A known method of modulation (manipulation) of the amplitude of the carrier wave, based on a change in the amplitude of the signal at the output of a multipole, for example an amplifier, according to the law of a transmitted message with a constant amplitude of the carrier frequency oscillation at the input of a multipole [Gonorovsky I.S. Radio circuits and signals. - Moscow: Sov. radio, 1964, p. 436-438].

Недостатком данного способа является то, что для модуляции амплитуды сигнала необходимо изменять коэффициент усиления усилителя под действием передаваемого сообщения. Если же коэффициент передачи усилителя постоянен, то модуляции амплитуды сигнала нет, т.е. амплитуда колебания на выходе усилителя остается постоянной. Как известно [см. также стр. 439], для улучшения энергетических показателей модуляции необходимо использовать нелинейный режим усилителя, а это приводит, в свою очередь, к нелинейным искажениям сигнала и расширению спектра частот при передаче сообщений по радиоканалам.The disadvantage of this method is that to modulate the amplitude of the signal, it is necessary to change the gain of the amplifier under the action of the transmitted message. If the gain of the amplifier is constant, then there is no modulation of the signal amplitude, i.e. the oscillation amplitude at the output of the amplifier remains constant. As is known [see also p. 439], to improve the energy performance of modulation, it is necessary to use the nonlinear mode of the amplifier, and this, in turn, leads to nonlinear distortion of the signal and the expansion of the frequency spectrum when transmitting messages over the air.

Наиболее близким к предлагаемому является способ модуляции амплитуды квазидетерминированного сигнала, основанный на перемножении телеграфного сигнала и квазидетерминированного сигнала. В результате амплитуда несущего колебания изменяется по закону телеграфного сигнала [Баскаков С.И. Радиотехнические цепи и сигналы. - Москва: Высшая школа, 1988, с. 93]Closest to the proposed is a method of modulating the amplitude of a quasideterministic signal, based on the multiplication of a telegraph signal and a quasideterministic signal. As a result, the amplitude of the carrier oscillation changes according to the law of the telegraph signal [S. Baskakov Radio circuits and signals. - Moscow: Higher School, 1988, p. 93]

u_мaн(t)=U_ms(t)cos(ω₀t+ϕ₀),u _man (t) = U _m s (t) cos (ω ₀ t + ϕ ₀ ),

где s(t) - телеграфный сигнал; U_m, ω₀ - амплитуда и круговая частота несущего колебания; ϕ₀ - случайный угол сдвига фаз, изменяется в пределах -π…+π. В простейшем случае - это есть последовательности радиоимпульсов, отделенных друг от друга паузами. Спектральная плотность такого сигнала простирается неограниченно широко.where s (t) is the telegraph signal; U _m , ω ₀ - amplitude and circular frequency of the carrier oscillation; ϕ ₀ - random phase angle, varies within the range -π ... + π. In the simplest case, these are sequences of radio pulses separated by pauses. The spectral density of such a signal extends indefinitely.

Недостатком способа является то, что он расширяет полосу частот систем передачи дискретной информации по радиоканалам.The disadvantage of this method is that it extends the frequency band of systems for transmitting discrete information over radio channels.

Задача предлагаемого изобретения - сужение полосы частот при передаче дискретной информации.The objective of the invention is the narrowing of the frequency band when transmitting discrete information.

Техническим результатом изобретения является формирование амплитудно-манипулированных сигналов, у которых характеристическая функция модулирована телеграфным сигналом.The technical result of the invention is the formation of amplitude-manipulated signals in which the characteristic function is modulated by a telegraph signal.

Для достижения поставленной задачи в способе модуляции сигнала, основанном на перемножении сигналов, постоянное напряжение перемножают с телеграфным сигналом, а произведение суммируют с центрированным квазидетерминированным сигналом.To achieve the task in a method of modulating a signal based on the multiplication of signals, a constant voltage is multiplied with a telegraph signal, and the product is summed with a centered quasi-determined signal.

На фиг. 1 изображена структурная схема технической реализации предлагаемого способа, на фиг. 2 представлены временные диаграммы сигналов в разных точках схемы.In FIG. 1 shows a structural diagram of a technical implementation of the proposed method, FIG. Figure 2 shows the timing diagrams of signals at different points in the circuit.

Структурная схема (фиг. 1) содержит перемножитель 1, выход которого подключен к входу сумматора 2.The structural diagram (Fig. 1) contains a multiplier 1, the output of which is connected to the input of the adder 2.

Сущность предлагаемого способа состоит в следующем:The essence of the proposed method is as follows:

Телеграфный сигнал s(t) и постоянное напряжение Е₀ перемножают в перемножителе 1, получают E₀s(t) (фиг. 2, б). Затем центрированный квазидетерминированный сигналThe telegraph signal s (t) and the constant voltage E _{0 are} multiplied in the multiplier 1, and E ₀ s (t) is obtained (Fig. 2, b). Then a centered quasi-deterministic signal

u(t)=U₀cos(ω₀t+ϕ₀)u (t) = U ₀ cos (ω ₀ t + ϕ ₀ )

суммируют в сумматоре 2 с произведением, а на выходе сумматора 2 получают (фиг. 2, в)summarize in the adder 2 with the product, and at the output of the adder 2 receive (Fig. 2, c)

u₁(t)=E₀s(t)+U₀cos(ω₀t+ϕ₀).u ₁ (t) = E ₀ s (t) + U ₀ cos (ω ₀ t + ϕ ₀ ).

Математическое ожидание центрированного квазидетерминированного сигнала равно нулю, т.е. m₁{u(t)}=0.The mathematical expectation of a centered quasi-deterministic signal is zero, i.e. m ₁ {u (t)} = 0.

Пусть телеграфный сигнал представляет собой последовательность логических нулей и единиц (фиг. 2, а). Тогда характеристическая функция сигнала будет [Вешкурцев Ю.M. Прикладной анализ характеристической функции случайных процессов. - Москва: Радио и связь, 2003, с. 34, табл. 2.1] при s(t)=0Let the telegraph signal be a sequence of logical zeros and ones (Fig. 2, a). Then the characteristic function of the signal will be [Veshkurtsev Yu.M. Applied analysis of the characteristic function of random processes. - Moscow: Radio and Communications, 2003, p. 34, tab. 2.1] for s (t) = 0

θ(V_m,t)=J₀(V_mU₀,t)=A(V_m,t),θ (V _m, t) = J ₀ (V _m U ₀ , t) = A (V _m , t),

где

- функция Бесселя нулевого порядка; U₀ - амплитуда сигнала.Where

- Bessel function of zero order; U ₀ is the amplitude of the signal.

Характеристическая функция есть действительная величина, а мнимая часть ее равна нулю, т.е. B(V_m,t)=0. Если s(t)=1, то характеристическая функция сигнала принимает вид [Вешкурцев Ю.М. Прикладной анализ характеристической функции случайных процессов. - Москва: Радио и связь, 2003, с. 38]The characteristic function is a real value, and its imaginary part is equal to zero, i.e. B (V _m , t) = 0. If s (t) = 1, then the characteristic function of the signal takes the form [Veshkurtsev Yu.M. Applied analysis of the characteristic function of random processes. - Moscow: Radio and Communications, 2003, p. 38]

θ(V_m,t)=J₀(V_mU₀,t)exp(jV_mE₀).θ (V _m , t) = J ₀ (V _m U ₀ , t) exp (jV _m E ₀ ).

После преобразований выражения получимAfter transforming the expression, we get

Когда V_m=1, то имеемWhen V _m = 1, then we have

На фиг. 2, г, д изображены графики функций A(1,t), B(1,t). Эти функции изменяются по закону телеграфного сигнала, следовательно, характеристическая функция модулирована телеграфным сигналом, причем функции A(1,f), B(1,t) изменяются в противофазе.In FIG. 2d, d, the graphs of the functions A (1, t), B (1, t) are shown. These functions change according to the law of the telegraph signal, therefore, the characteristic function is modulated by the telegraph signal, and the functions A (1, f), B (1, t) change in antiphase.

На фиг. 2, в видно, что амплитуда сигнала изменяется, причем ее форма отличается от формы радиоимпульсов.In FIG. 2c, it can be seen that the signal amplitude changes, and its shape differs from the shape of the radio pulses.

Описанные операции, связанные с преобразованием сигналов, выполняются известными в радиотехнике перемножителем и сумматором.The described operations associated with the conversion of signals are performed by a multiplier and an adder known in radio engineering.

Для оценки ширины спектральной плотности импульсов прямоугольной формы пользуются выражениемTo estimate the width of the spectral density of rectangular pulses, use the expression

,

где ω_в - верхняя круговая частота в спектре видеоимпульсов; τ_и - длительность видеоимпульса [Баскаков СИ. Радиотехнические цепи и сигналы. - Москва: Высшая школа, 1988, с. 48-50]. При τ_и=0,1 мс F_в=10 кГц.where ω _in - the upper circular frequency in the spectrum of video pulses; τ _and - the duration of the video pulse [Baskakov SI. Radio circuits and signals. - Moscow: Higher School, 1988, p. 48-50]. When τ = 0.1 ms _and F _s = 10 kHz.

У сигнала фиг. 2, в имеется скачок амплитуды, по форме похожий на импульс гауссовой формы длительностью τ_и/2. Ширина спектральной плотности гауссова импульса определяется соотношение [Баскаков СИ. Радиотехнические цепи и сигналы. - Москва: Высшая школа, 1988, с. 49]The signal of FIG. 2c, there is a jump in amplitude, similar in shape to a Gaussian pulse of duration τ _and / 2. The width of the spectral density of a Gaussian pulse is determined by the relation [SI Baskakov. Radio circuits and signals. - Moscow: Higher School, 1988, p. 49]

или,

or,

где β - коэффициент, определяющий скорость убывания мгновенных значений импульса. Квазидетерминированный сигнал, заполняющий импульс s(t), имеет скорость убывания мгновенных значений, равную при U₀=1 Вwhere β is the coefficient that determines the rate of decrease of the instantaneous values of the pulse. The quasideterministic signal filling the pulse s (t) has a decreasing rate of instantaneous values equal to at U ₀ = 1 V

.

При sin(ω₀t+ϕ₀)=^-1 получимFor sin (ω ₀ t + ϕ ₀ ) = ^- 1 we obtain

β=ω₀=2πF₀ β = ω ₀ = 2πF ₀

ТогдаThen

или

or

Частоту заполнения радиоимпульса, как правило, выбирают на порядок выше частоты 1/τ_и, где τ_и=0,1 мс. Если F₀=100 кГц, то верхняя частота гауссова импульса F_в=8,2 кГц.The frequency of filling the radio pulse, as a rule, is chosen an order of magnitude higher than the frequency 1 / τ _and , where τ _and = 0.1 ms. If F ₀ = 100 kHz, then the upper frequency of the Gaussian pulse F _in = 8.2 kHz.

Таким образом, использование предлагаемого способа сужает полосу частот при передаче дискретной информации по радиоканалам.Thus, the use of the proposed method narrows the frequency band when transmitting discrete information over the air.

Claims

A signal modulation method based on the multiplication of signals, characterized in that the constant voltage (E ₀ ) is multiplied with a telegraph signal (s (t)), which takes on the values “1” and “0”, after which the product (E ₀ s (t) ) are summed with a centered quasideterministic signal, the mathematical expectation of which is zero, and the characteristic function of the transformed quasideterministic signal is modulated according to the law:

when s (t) = 0 with obtaining functions of the form A (V _m , t) = J ₀ (V _m U ₀ , t), B (V _m , t) = 0;

for s (t) = l with obtaining functions of the form A (V _m , t) = J ₀ (V _m U ₀ , t) cos (E ₀ ), B (V _m , t) = J _o (V _m U ₀ , t) sin (E _o ),

where J _o is the zero-order Bessel function,

U _o is the signal amplitude, V _m is the parameter of the characteristic function, and at V _m = l, a function of the form A (1, t) and a function of the form B (1, t) change in antiphase.