Способ передачи данных методом амплитудной модуляции

(51) Н НС 1111 НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНтР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОИ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявитель Неделин Федор Петрович(72) Автор Неделин Федор Петрович (ВУ)(73) Патентообладатель Неделин Федор Петрович (ВУ)Способ передачи данных методом амплитудной модуляции, отличающийся тем, что используют стопроцентную амплитудную модуляцию высокочастотного колебания видеоимпульсами, при этом модулирующие напряжение изменяют при равенстве нулю мгновенного значения напряжения несущей частоты и не меняют в течение целого числа ее периодов.В СОВРЕМЕННЫХ системах радио И ЭЛЕКТРОСВЯЗИ передача данных ОСУЩЕСТВЛЯЕТСЯ С ИСпользованием частотной, фазовой И амплитудной МОДУЛЯЦИИ, а также НЕПОСРЕДСТВЕННО радиоимпульсами И видеоимпульсами различной фОРМЫ.Наиболее УЗКОПОЛОСНОЙ, ДЛЯ СОВРЕМЕННЫХ СИСТЕМ, ЯВЛЯЕТСЯ передача ОДНОЙ бОКОВОЙ ПОЛОСЫ. В КОТОРОЙ ИСХОДНЫЙ СПЕКТР сигнала ПЕРЕНОСИТЬСЯ С ПОМОЩЬЮ балансного МОДУлятора В ДРУГУЮ часть спектра, ОПРЕДЕЛЯЕМОГО НЕСУЩЕЙ, а ЛИЩНЯЯ боковая подавляетсялибо фильтровь 1 м, либо фазокомпенсационнь 1 м Методами, остальные Методы (частотной И фазовой модуляции) значительно расширяют исходный спектр сигнала.Импульсом называется Кратковременный электрический сигнал, длительность которого соизмерима с длительностью переходных процессов в цепи 1.Различают видеоимпульсы и радиоимпульсы. Видеоимпульсы не содержат вь 1 сокочастотных колебаний, они могут быть однополярными и разнополярными. Радиоимпульсь 1 - это кратковременные серии высокочастотных колебаний, которые можно представить как результат 100 -ной амплитудной модуляцией высокочастотного колебания видеоимпульсами. Видеоимпульсы и радиоимпульсы могут быть различной формы прямоугольные, трапецеидальные, треугольные, колоколообразные, пилообразные и др.Для определения необходимой полосы частот пропускания импульсов через линейные и нелинейные электрические цепи определяют их спектральный состав. Для гармонического анализа кривую периодических прямоугольных импульсов можно выразить математически с помощью ряда Фурье. Если функция четная, тоНа фиг. 1 показана периодическая последовательность прямоугольных видеоимпульсов, причем ось ординат расположена так, что функция четная. Функцию Ш) за период ее изменения можно представить такПостоянная составляющая ДЛЯ нащего случая- П -со 5(п-о)-г)-1 г-51 п(7 с-п-Г.-.). Ш 1 1 Тд д тс-п 2 Принимая п 1, определяют амплитуду первой гармоники, затем, подставляя в формулу п 2, определяют амплитуду второй гармоники и т.д. Амплитуды гармоник изменяются по закону затухающей синусоиды.Это означает, что амплитуды некоторых гармоник равны нулю. На фиг. 2 показан график спектрального состава видеоимпульсов, на котором видно распределение амплитуд гармоник прямоугольных импульсов. По оси абсцисс отложена величина НЕ - частота гармоники, а по вертикали, в одинаковом масщтабе, отложены отрезки, соответствующие амплитудам гармоник. График строят следующим образом. На оси абсцисс отмечают точку, которая соответствует частоте первой гармоники Ш. Из данной точки восстанавливают перпендикуляр, причем вертикальный отрезок пропорционален амплитуде первой гар 2моники а 1. Затем отмечают точку Ж, И строят вертикальный отрезок, пропорциональный амплитуде второй гармоники а 2. После этого отмечают точку ЗЕ и т.д. При значенияхИз графика видно, какие гармоники являются наиболее интенсивными, а какими можно пренебречь без значительного ущерба для формы импульсов. Кроме того, видно, что наиболее существенное значение гармоник находится в интервале между основной частотой Г, и частотой первого нуля 1/ц. Если требуется получить хорошую форму, то необходимо пропустить гармоники до второго нуля, т.е. до частоты 2/ц.Поэтому полоса пропускания для прямоугольных видеоимпульсов может быть определена по формулеПри длительности импульсов порядка единиц микросекунд требуемая полоса пропускания составляет несколько мегагерц.Спектр периодической последовательности радиоимпульсов можно определить следующим образом. Так как радиоимпульсы являются результатом амплитудной модуляции высокочастотного колебания видеоимпульсами, то каждая гармоника видеоимпульсов образует при модуляции несущую и две боковых частоты. Амплитуды боковых частот пропорциональны амплитудам соответствующих гармоник, поэтому огибающая графика спектрального состава соответствует спектру видеоимпульсов (фиг. 3). Из графика спектра последовательности радиоимпульсов следует, что полоса пропускания для радиоимпульсов должна быть вдвое больше, чем для аналогичных видеоимпульсов, т.е.Сущность изобретения заключена в следующем так как радиоимпульсы - это кратковременная серия высокочастотных колебаний, которые можно представить как результат стопроцентной амплитудной модуляции высокочастотного колебания видеоимпульсами,то каждая гармоника видеоимпульса образует при модуляции одну несущую и две боковые. Но при отсутствии видеоимпульса отсутствуют и все гармоники, включая и несущую(так как модуляция 100 ). Тогда верно и обратное рассуждение если в течение определенного промежутка времени присутствует несущая и любая из гармоник, то в это время существует и видеоимпульс. Так как последовательность данных неизвестна, то неизвестно какие гармоники сигнала будут присутствовать и лишь одно остается неизменным наличие несущей в течение определенного промежутка времени соответствует наличию информационного видеоимпульса.Следовательно, возникает задача передачи лишь одного гармонического сигнала - несущей для передачи информации, таким образом, чтобы не возникали гармоники.Решение данной задачи заключается в изменении коэффициента модуляции при равенстве нулю мгновенного значения несущей частоты, то есть в те моменты времени, когда11 Нт-зпцш-г) О 51 п(о)-) О где Пт - амплитудное значение несущей а) 2 тсГ. Тогда 2 - т - п пЛогику процесса передачи можно объяснить так имеется Широкополосный линейный усилитель, коэффициент усиления которого мы можем произвольно изменять. Воспользуемся идеей ТРИ 3 (Теория Решений Изобретательских Задач) о разделении в пространстве,либо во времени нежелательных процессов.Процесс первый - при отсутствии входного сигнала устанавливаем необходимый коэффициент усиления. Т.к. входной сигнал отсутствует, то и на выходе сигнал отсутствует(равен 0), следовательно, ни о каких гармониках речи не может бытьПроцесс второй - передаем сигнал при постоянном коэффициенте усиления, причем сигнал начинается и заканчивается нулевым значением напряжения (целый период, либо несколько целых периодов синусоиды)Процесс третий - полностью аналогичный первому, при равенстве нулю входного сигнала устанавливаем необходимый коэффициент усиления и т.д.Таким образом, на выходе усилителя передачи, т.е. в линии связи, будет присутствовать чистый монохроматический сигнал (без гармоник). Но, конечно же, рассмотрен идеальный случай. В реальности какое-то количество гармоник возникнет, т.к. усилитель не идеален, процессы изменения коэффициента усиления займут некоторое время и т.д. Но задача по уменьшению амплитуды и количества возникающих гармоник, до приемлемых величин, технически решаема современными средствами.Хотелось бы привести еще один довод аналогичный, по принципу, способ применяется в блоках питания с низким уровнем гармоник. Например регулятор мощности не создающий помех (Радио. - Не 12. - 1987. - С. 22-23), в котором переключение управляющего тиристора происходит при равенстве (стремлении к) нулю фазного напряжения, что хорошо видно на диаграмме уровней рис. 2 с. 23.Наиболее просто данное условие реализуется при применении цифровых генераторов синусоидальной формы, но для передачи одноразрядных сигналов можно использовать и быстродействующие ключи.Рассмотрим современные системы связи в сравнении с предлагаемым методом цифровая 30 канальная система со скоростью передачи 2048 кБит/сек - работает на частоте 2,048 МГц, занимает линейный спектр свыше 4,096 МГц. Предлагаемый метод позволяет снизить частоту передачи в зависимости от шумов в линии например, для уровня передачи 10 дБ и уровня шума на частоте 256 кГц меньше -45,5 дБ передавать на этой же частоте (256 кГц), при восьмиразрядном кодировании, тот же объем информации при полном отсутствии гармоник. То есть весь спектр будет сосредоточен на одной несущей частоте 256 кГц. При еще меньшем шуме, менее - 57,54 дБ, тот же самый объем информации можно передавать на частоте 204,8 кГц (десятиразрядное кодирование амплитуды).Применим предлагаемый метод к аналоговым системам связи, например К-60, где на передачу 60-ти телефонных каналов занимается линейный спектр от 12 до 252 кГц. При максимальном уровне на передачу 0 дБ по напряжению и шумах линии менее -69,75 дБ можно тот же объем информации (равный 30 ИКМ каналов) передать на частоте 204,8 Кгц,при полном отсутствии гармоник, кроме основной несущей информационной частоты.Применяя предлагаемый метод можно полный телевизионный сигнал, при использовании нескольких несущих, передавать уже на длинных волнах. А в диапазоне первого телевизионного канала (48,556,5 МГц), при разносе частот несущих в 1 МГц, даже при передаче двухуровневым (одноразрядным) сигналом, получаем более 24 телевизионных цифровых каналов, в более высокочастотных диапазонах преимущество еще более значительно.Было смакетировано простейшее устройство для передачи двухуровневого (одноразрядного) информационного сигнала на микросхемах К 155 и К 544 серий на частоту 277,11 кГц, полностью подтвердившее работоспособность данной разработки. При соот 4