СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ СИГНАЛОВ КВАДРАТУРНОЙ АМПЛИТУДНОЙ МАНИПУЛЯЦИИ
METHOD OF GENERATING QUADRATURE AMPLITUDE-SHIFT KEYING SIGNALS

Изобретение относится к радиотехнике, в частности к способам и устройствам формирования сигналов квадратурной амплитудной манипуляции (КАМ), применяемых на линиях многоканальной цифровой связи, а также может быть использовано в области цифрового радиовещания и телевидения.
Известен способ формирований сигналов с квадратурной фазовой модуляцией (Патент РФ №2205518, МПК 7 H04L 27/20, 2001 г.), в котором расщепляют несущее колебание на синфазную составляющую (СС) и квадратурную составляущую (КС), формируют синфазный и квадратурный гармонические сигналы путем деления частоты СС и КС в (4k+1) раз, где k - целое число, сдвигают манипулирующие видеосигналы на половину длительности символа так, что фазы синфазного и квадратурного гармонических сигналов совпадают с фазами соответственной СС и КС в начале и конце каждого символа, фазы СС и КС изменяют на 180°, производят балансную модуляцию синфазной и квадратурной двоично-манипулированных составляющих синфазным и квадратурным гармоническими сигналами и суммируют полученные составляющие.
Недостатком данного способа является относительно низкая помехоустойчивость, что является следствием ее относительно высокого пик-фактора.
k
k
Известен способ формирования сигналов КАМ (Патент РФ №2365050, МПК H04L 27/06 2008 г.), который состоит из двух параллельно работающих каналов, в одном из которых производят фазоамплитудную манипуляцию сигнала sin ωt (канал I), во втором - фазоамплитудную манипуляцию сигнала cos ωt (канал Q). Указанные сигналы формируют от общего задающего генератора, причем сигнал cos ωt получают путем сдвига фазы сигнала sin ωt на 90° с помощью фазовращателя (0°/90°). Манипуляцию фаз сигналов в каналах I и Q производят с помощью коммутаторов, на первый вход которых подают сигнал без сдвига фазы, а на второй вход - сигналы со сдвигом по фазе на 180° с выходов фазовращателей. Управление коммутаторами производится кодовыми комбинациями I и Q, подаваемыми на информационные входы фазоамплитудных манипуляторов. В результате такой модуляции векторы сигналов I и Q будут принимать фиксированные фазовые положения. При такой совокупности описанных элементов и связей достигается увеличение пропускной способности по радиоканалу за счет снижения потерь помехоустойчивости на основе изменения величины оптимального коэффициента модуляции (коэффициента делителя напряжения) в зависимости от получаемого по обратному каналу соотношения сигнал-шум на входе приемного устройства, как с разбиением, так и без разбиения общего переносимого потока бит на подпотоки по приоритетности в условиях помех.
Однако известному способу присущ недостаток, связанный с относительно большой величиной пик-фактора формируемой сигнальной конструкции, что снижает помехоустойчивость ее приема.
<mrow><msubsup><mover accent="true"><mi>u</mi><mo>→</mo></mover><mrow><mi>и</mi><mi>с</mi><mi>х</mi></mrow><mi>I</mi></msubsup></mrow>
<mrow><msubsup><mover accent="true"><mi>u</mi><mo>→</mo></mover><mrow><mi>и</mi><mi>с</mi><mi>х</mi></mrow><mi>Q</mi></msubsup></mrow>
<mrow><msubsup><mover accent="true"><mi>u</mi><mo>→</mo></mover><mrow><msub><mi>r</mi><mn>1</mn></msub></mrow><mi>I</mi></msubsup></mrow>
<mrow><msubsup><mover accent="true"><mi>u</mi><mo>→</mo></mover><mrow><msub><mi>r</mi><mn>2</mn></msub></mrow><mi>Q</mi></msubsup></mrow>
<mrow><msubsup><mover accent="true"><mi>u</mi><mo>→</mo></mover><mrow><msub><mi>r</mi><mn>1</mn></msub></mrow><mi>I</mi></msubsup></mrow>
<mrow><msubsup><mover accent="true"><mi>u</mi><mo>→</mo></mover><mrow><msub><mi>r</mi><mn>2</mn></msub></mrow><mi>Q</mi></msubsup></mrow>
<mrow><msubsup><mover accent="true"><mi>u</mi><mo>→</mo></mover><mn>1</mn><mi>I</mi></msubsup><mo>=</mo><msubsup><mover accent="true"><mi>u</mi><mo>→</mo></mover><mrow><msub><mi>r</mi><mn>1</mn></msub></mrow><mi>I</mi></msubsup></mrow>
<mrow><msubsup><mover accent="true"><mi>u</mi><mo>→</mo></mover><mn>2</mn><mi>I</mi></msubsup><mo>=</mo><mi>a</mi><msubsup><mover accent="true"><mi>u</mi><mo>→</mo></mover><mrow><msub><mi>r</mi><mn>1</mn></msub></mrow><mi>I</mi></msubsup></mrow>
<mrow><msubsup><mover accent="true"><mi>u</mi><mo>→</mo></mover><mn>3</mn><mi>I</mi></msubsup><mo>=</mo><mi>b</mi><msubsup><mover accent="true"><mi>u</mi><mo>→</mo></mover><mrow><msub><mi>r</mi><mn>1</mn></msub></mrow><mi>I</mi></msubsup></mrow>
<mrow><msubsup><mover accent="true"><mi>u</mi><mo>→</mo></mover><mn>4</mn><mi>I</mi></msubsup><mo>=</mo><mi>c</mi><msubsup><mover accent="true"><mi>u</mi><mo>→</mo></mover><mrow><msub><mi>r</mi><mn>1</mn></msub></mrow><mi>I</mi></msubsup></mrow>
<mrow><msubsup><mover accent="true"><mi>u</mi><mo>→</mo></mover><mn>1</mn><mi>Q</mi></msubsup><mo>=</mo><msubsup><mover accent="true"><mi>u</mi><mo>→</mo></mover><mrow><msub><mi>r</mi><mn>2</mn></msub></mrow><mi>Q</mi></msubsup></mrow>
<mrow><msubsup><mover accent="true"><mi>u</mi><mo>→</mo></mover><mn>2</mn><mi>Q</mi></msubsup><mo>=</mo><mi>a</mi><msubsup><mover accent="true"><mi>u</mi><mo>→</mo></mover><mrow><msub><mi>r</mi><mn>2</mn></msub></mrow><mi>Q</mi></msubsup></mrow>
<mrow><msubsup><mover accent="true"><mi>u</mi><mo>→</mo></mover><mn>3</mn><mi>Q</mi></msubsup><mo>=</mo><mi>b</mi><msubsup><mover accent="true"><mi>u</mi><mo>→</mo></mover><mrow><msub><mi>r</mi><mn>2</mn></msub></mrow><mi>Q</mi></msubsup></mrow>
<mrow><msubsup><mover accent="true"><mi>u</mi><mo>→</mo></mover><mn>4</mn><mi>Q</mi></msubsup><mo>=</mo><mi>c</mi><msubsup><mover accent="true"><mi>u</mi><mo>→</mo></mover><mrow><msub><mi>r</mi><mn>4</mn></msub></mrow><mi>Q</mi></msubsup></mrow>
<mrow><msup><mover accent="true"><mi>u</mi><mo>→</mo></mover><mi>I</mi></msup></mrow>
<mrow><msup><mover accent="true"><mi>u</mi><mo>→</mo></mover><mi>Q</mi></msup></mrow>
<mrow><msup><mover accent="true"><mi>u</mi><mo>→</mo></mover><mi>I</mi></msup></mrow>
<mrow><msup><mover accent="true"><mi>u</mi><mo>→</mo></mover><mi>Q</mi></msup></mrow>
1
2
3
4
1
2
1
2
3
4
3
4
Наиболее близким к заявляемому по своей технической сущности и достигаемому техническому результату является способ формирования сигналов КАМ (Патент РФ №2439819, МПК H04L 7/02 2012 г.), заключающийся в том, что генерируют синусоидальный сигнал, из которого формируют исходные значения напряжения CC
и KC
, которые манипулируют в зависимости от значений первого r, второго r, третьего r и четвертого r информационных битов, причем фазы СС и KC изменяют на 180° при значениях r=r=1, после чего манипулированные CC и KC суммируют, дополнительно для манипулированных CC
и KC
формируют по четыре уровня напряжения путем умножения их манипулированных информационными битами r и r значений
и
на предварительно заданные соответствующие коэффициенты a, b и c. Таким образом, для CC получают
;
;
;
. Для КС -
;
;
;
. Затем из полученных четырех уровней напряжения CC и четырех уровней напряжения KC в зависимости от значений r и r выбирают по одному уровню напряжения
и
соответственно для CC и KC. Один из четырех уровней напряжения для
и
в зависимости от значений r и r выбирают из условий:
<mrow><mrow><mrow><mtable><mtr><mtd><mrow><msup><mover accent="true"><mi>u</mi><mo>→</mo></mover><mi>I</mi></msup><mo>=</mo><msubsup><mover accent="true"><mi>u</mi><mo>→</mo></mover><mn>1</mn><mi>I</mi></msubsup></mrow></mtd></mtr><mtr><mtd><mrow><msup><mover accent="true"><mi>u</mi><mo>→</mo></mover><mi>Q</mi></msup><mo>=</mo><msubsup><mover accent="true"><mi>u</mi><mo>→</mo></mover><mn>1</mn><mi>Q</mi></msubsup></mrow></mtd></mtr></mtable></mrow><mo>}</mo></mrow><mtext> </mtext><mi>п</mi><mi>р</mi><mi>и</mi><mtext> </mtext><msub><mi>r</mi><mn>3</mn></msub><mo>=</mo><msub><mi>r</mi><mn>4</mn></msub><mo>=</mo><mn>0</mn></mrow>
<mrow><mrow><mrow><mtable><mtr><mtd><mrow><msup><mover accent="true"><mi>u</mi><mo>→</mo></mover><mi>I</mi></msup><mo>=</mo><msubsup><mover accent="true"><mi>u</mi><mo>→</mo></mover><mn>4</mn><mi>I</mi></msubsup></mrow></mtd></mtr><mtr><mtd><mrow><msup><mover accent="true"><mi>u</mi><mo>→</mo></mover><mi>Q</mi></msup><mo>=</mo><msubsup><mover accent="true"><mi>u</mi><mo>→</mo></mover><mn>4</mn><mi>Q</mi></msubsup></mrow></mtd></mtr></mtable></mrow><mo>}</mo></mrow><mtext> </mtext><mi>п</mi><mi>р</mi><mi>и</mi><mtext> </mtext><msub><mi>r</mi><mn>3</mn></msub><mo>=</mo><msub><mi>r</mi><mn>4</mn></msub><mo>=</mo><mn>1</mn></mrow>
;
;
<mrow><mrow><mrow><mtable><mtr><mtd><mrow><msup><mover accent="true"><mi>u</mi><mo>→</mo></mover><mi>I</mi></msup><mo>=</mo><msubsup><mover accent="true"><mi>u</mi><mo>→</mo></mover><mn>3</mn><mi>I</mi></msubsup></mrow></mtd></mtr><mtr><mtd><mrow><msup><mover accent="true"><mi>u</mi><mo>→</mo></mover><mi>Q</mi></msup><mo>=</mo><msubsup><mover accent="true"><mi>u</mi><mo>→</mo></mover><mn>2</mn><mi>Q</mi></msubsup></mrow></mtd></mtr></mtable></mrow><mo>}</mo></mrow><mtext> </mtext><mi>п</mi><mi>р</mi><mi>и</mi><mtext> </mtext><msub><mi>r</mi><mn>3</mn></msub><mo>=</mo><mn>0</mn><mtext> </mtext><mi>и</mi><mtext> </mtext><msub><mi>r</mi><mn>4</mn></msub><mo>=</mo><mn>1</mn></mrow>
<mrow><mrow><mrow><mtable><mtr><mtd><mrow><msup><mover accent="true"><mi>u</mi><mo>→</mo></mover><mi>I</mi></msup><mo>=</mo><msubsup><mover accent="true"><mi>u</mi><mo>→</mo></mover><mn>2</mn><mi>I</mi></msubsup></mrow></mtd></mtr><mtr><mtd><mrow><msup><mover accent="true"><mi>u</mi><mo>→</mo></mover><mi>Q</mi></msup><mo>=</mo><msubsup><mover accent="true"><mi>u</mi><mo>→</mo></mover><mn>3</mn><mi>Q</mi></msubsup></mrow></mtd></mtr></mtable></mrow><mo>}</mo></mrow><mtext> </mtext><mi>п</mi><mi>р</mi><mi>и</mi><mtext> </mtext><msub><mi>r</mi><mn>3</mn></msub><mo>=</mo><mn>1</mn><mtext> </mtext><mi>и</mi><mtext> </mtext><msub><mi>r</mi><mn>4</mn></msub><mo>=</mo><mn>1</mn></mrow>
;
.
<mrow><mn>1</mn><mo>/</mo><mn>3</mn><mo>≤</mo><mi>c</mi><mo>≤</mo><mo stretchy="false">(</mo><mn>3</mn><mo>−</mo><msqrt><mn>2</mn></msqrt><mo stretchy="false">)</mo><mo>/</mo><mn>3</mn></mrow>
a
a
a
2
2
2
2
2
2
Коэффициенты a, b и c выбирают соответственно в пределах: а≥1; b≥1/3;
, причем выбранные значения данных коэффициентов должны удовлетворять одновременно условиям: (-1)+(b-1)≥4/9; +b≤2; (-c)+(b-c)≥4/9.
Однако способу-прототипу присущ недостаток - относительно большое значение пик-фактора формируемой сигнальной конструкции, обусловленное относительно большим различием амплитудных значений векторов сигнального созвездия формируемой сигнальной конструкции.
Целью заявляемого технического решения является снижение величины пик-фактора формируемой сигнальной конструкции КАМ за счет уменьшения различий амплитудных значений векторов сигнального созвездия.
1
2
3
4
1
2
1
2
1
2
1
2
3
4
3
4
3
4
3
4
3
4
В заявляемом способе поставленная цель достигается тем, что в известном способе формирования сигналов КАМ, заключающемся в том, что генерируют синусоидальный сигнал, из которого формируют исходные значения напряжения СС и КС, которые манипулируют в зависимости от значений первого r, второго r, третьего r и четвертого r битов информационного битового потока, причем фазы СС и КС изменяют на 180° при значениях соответственно r=r=1, после чего манипулированные СС и КС суммируют. Весь поступающий информационный битовый поток разделяют на блоки по четыре бита, причем в соответствии со значениям r и r СС и КС манипулируют следующим образом: если r=0, то фазу СС оставляют без изменений, если r=0, то фазу КС оставляют без изменений, если r=1, то фазу СС изменяют на 180°, если r=1, то фазу КС изменяют на 180°. Затем в зависимости от значений каждого r и r в каждом из блоков СС и КС манипулируют следующим образом: если r=1, а r=0, то СС умножают на значение sin75°, а КС умножают на значение cos75° в результате манипулирования, если r=0, а r=1, то СС умножают на значение sin15°, а КС умножают на значение cos15° в результате манипулирования, если r=0 и r=0, то СС умножают на значение sin45°, а КС умножают на значение cos45° в результате манипулирования, если r=1 и r=1, то и СС и КС в результате манипулирования уменьшают в три раза от первоначального значения.
Новая совокупность существенных признаков позволяет достичь указанного технического результата, заключающегося в снижении величины пик-фактора формируемой сигнальной конструкции КАМ, за счет уменьшения различий амплитудных значений векторов сигнального созвездия.
Заявляемое техническое решение поясняется чертежами, на которых:
на фиг.1 показан принцип разделения символов информационного битового потока на блоки по четыре символа в каждом;
на фиг.2 показаны точки векторов сигнальных созвездий сигнальных конструкций КАМ, формируемых в соответствии с заявляемым способом.
Реализация заявляемого способа поясняется следующим образом.
1. Исходную последовательность символов информационных битов разделяют на блоки по четыре бита. При этом нумерация битов в блоке происходит слева на право. На фиг.1 показана исходная последовательность символов информационных битов, разделенная на блоки по четыре бита. Над битами каждого блока указана нумерация.
<mrow><msubsup><mover accent="true"><mi>u</mi><mo>→</mo></mover><mrow><mi>и</mi><mi>с</mi><mi>х</mi></mrow><mi>I</mi></msubsup></mrow>
<mrow><msubsup><mover accent="true"><mi>u</mi><mo>→</mo></mover><mrow><mi>и</mi><mi>с</mi><mi>х</mi></mrow><mi>Q</mi></msubsup></mrow>
<mrow><msubsup><mover accent="true"><mi>u</mi><mo>→</mo></mover><mrow><mi>и</mi><mi>с</mi><mi>х</mi></mrow><mi>I</mi></msubsup></mrow>
2. Генерируют синусоидальный сигнал, из которого формируют исходные значения напряжения CC
и KC
, причем при формировании
синусоидальный сигнал оставляют без изменения.
<mrow><msubsup><mover accent="true"><mi>u</mi><mo>→</mo></mover><mrow><mi>и</mi><mi>с</mi><mi>х</mi></mrow><mi>Q</mi></msubsup></mrow>
<mrow><msubsup><mover accent="true"><mi>u</mi><mo>→</mo></mover><mrow><mi>и</mi><mi>с</mi><mi>х</mi></mrow><mi>I</mi></msubsup></mrow>
<mrow><msubsup><mover accent="true"><mi>u</mi><mo>→</mo></mover><mrow><mi>и</mi><mi>с</mi><mi>х</mi></mrow><mi>Q</mi></msubsup></mrow>
исх
Операции формирования синусоидального сигнала известны и описаны, например, в патенте РФ №2439819, 2012 г. Причем KC
можно формировать, например, путем изменения фазы исходного синусоидального сигнала на 90° с помощью фазовращателя на 90° (см. патент РФ №2365050, 2008 г.). На фиг.2 показаны вектора CC
и KC
соответственно по оси синфазного I и квадратурного Q напряжений, исходное значение которых равно U.
1
2
3
4
1
2
исх
4
3
2
1
<mrow><msubsup><mover accent="true"><mi>u</mi><mo>→</mo></mover><mrow><mi>и</mi><mi>с</mi><mi>х</mi></mrow><mi>I</mi></msubsup></mrow>
<mrow><msubsup><mover accent="true"><mi>u</mi><mo>→</mo></mover><mrow><mi>и</mi><mi>с</mi><mi>х</mi></mrow><mi>Q</mi></msubsup></mrow>
<mrow><msubsup><mover accent="true"><mi>u</mi><mo>→</mo></mover><mrow><mi>и</mi><mi>с</mi><mi>х</mi></mrow><mi>I</mi></msubsup></mrow>
<mrow><msubsup><mover accent="true"><mi>u</mi><mo>→</mo></mover><mrow><mi>и</mi><mi>с</mi><mi>х</mi></mrow><mi>Q</mi></msubsup></mrow>
3. Значения напряжений CC и KC манипулируют в зависимости от значений первого r, второго r, третьего r и четвертого r информационных битов, причем фазы CC и KC изменяют на 180° при значениях соответственно r=1 и r=1. Операция манипулирования
и
при формировании КАМ сигнальной конструкции в двумерном пространстве сигналов предусматривает изменение исходных значений векторов напряжения СС и КС, равных U (см. патент РФ №2439819, 2012 г.). На фиг.2 показаны значения напряжений U, U, U и U, сформированных из напряжений
и
в результате их манипуляции при формировании сигнальной конструкции КАМ. Операции манипуляции СС и KC, в том числе и при изменении их фазы на 180° известны и описаны, например, в патенте РФ №2365050, 2008 г.
3
4
8
7
5
1
2
6
11
12
16
15
9
10
14
13
1
2
<mrow><msubsup><mover accent="true"><mi>u</mi><mo>→</mo></mover><mrow><mi>и</mi><mi>с</mi><mi>х</mi></mrow><mi>I</mi></msubsup></mrow>
<mrow><msubsup><mover accent="true"><mi>u</mi><mo>→</mo></mover><mrow><mi>и</mi><mi>с</mi><mi>х</mi></mrow><mi>Q</mi></msubsup></mrow>
<mrow><msubsup><mover accent="true"><mi>u</mi><mo>→</mo></mover><mrow><mi>и</mi><mi>с</mi><mi>х</mi></mrow><mi>I</mi></msubsup></mrow>
<mrow><msubsup><mover accent="true"><mi>u</mi><mo>→</mo></mover><mrow><mi>и</mi><mi>с</mi><mi>х</mi></mrow><mi>Q</mi></msubsup></mrow>
<mrow><msubsup><mover accent="true"><mi>u</mi><mo>→</mo></mover><mrow><mi>и</mi><mi>с</mi><mi>х</mi></mrow><mi>Q</mi></msubsup></mrow>
<mrow><msubsup><mover accent="true"><mi>u</mi><mo>→</mo></mover><mrow><mi>и</mi><mi>с</mi><mi>х</mi></mrow><mi>I</mi></msubsup></mrow>
<mrow><msubsup><mover accent="true"><mi>u</mi><mo>→</mo></mover><mrow><mi>и</mi><mi>с</mi><mi>х</mi></mrow><mi>I</mi></msubsup></mrow>
<mrow><msubsup><mover accent="true"><mi>u</mi><mo>→</mo></mover><mrow><mi>и</mi><mi>с</mi><mi>х</mi></mrow><mi>Q</mi></msubsup></mrow>
<mrow><msubsup><mover accent="true"><mi>u</mi><mo>→</mo></mover><mrow><mi>и</mi><mi>с</mi><mi>х</mi></mrow><mi>I</mi></msubsup></mrow>
<mrow><msubsup><mover accent="true"><mi>u</mi><mo>→</mo></mover><mrow><mi>и</mi><mi>с</mi><mi>х</mi></mrow><mi>Q</mi></msubsup></mrow>
Например, на фиг.2 показаны точки векторов сигнального созвездия A, A, A, A, которые сформированы в результате сложения манипулированных значений
и
без изменения их фаз. Точки векторов сигнального созвездия A, A, A, A - в результате сложения манипулированных значений
без изменения фазы, а
с изменением фазы. Точки векторов сигнального созвездия A, A, A, A - в результате сложения манипулированных значений
без изменения фазы, а
с изменением фазы. Точки векторов сигнального созвездия A, A, A, A - в результате сложения манипулированных значений
и
с измененными фазами на 180°. То есть в зависимости от значений r и r (наличия нуля или единицы) осуществляют изменение фазы (при наличии единицы) исходных значении
и
.
1
2
1
2
<mrow><msubsup><mover accent="true"><mi>u</mi><mo>→</mo></mover><mrow><mi>и</mi><mi>с</mi><mi>х</mi></mrow><mi>I</mi></msubsup></mrow>
<mrow><msubsup><mover accent="true"><mi>u</mi><mo>→</mo></mover><mrow><mi>и</mi><mi>с</mi><mi>х</mi></mrow><mi>Q</mi></msubsup></mrow>
<mrow><msubsup><mover accent="true"><mi>u</mi><mo>→</mo></mover><mrow><mi>и</mi><mi>с</mi><mi>х</mi></mrow><mi>I</mi></msubsup></mrow>
<mrow><msubsup><mover accent="true"><mi>u</mi><mo>→</mo></mover><mrow><mi>и</mi><mi>с</mi><mi>х</mi></mrow><mi>Q</mi></msubsup></mrow>
При r=1 инвертируют вектор
, при r=1 инвертируют вектор
. Если и r=1, и r=1, то инвертируют и
, и
.
<mrow><msubsup><mover accent="true"><mi>u</mi><mo>→</mo></mover><mrow><mi>и</mi><mi>с</mi><mi>х</mi></mrow><mi>I</mi></msubsup></mrow>
<mrow><msubsup><mover accent="true"><mi>u</mi><mo>→</mo></mover><mrow><mi>и</mi><mi>с</mi><mi>х</mi></mrow><mi>Q</mi></msubsup></mrow>
3
4
4. Манипулируют
и
в зависимости от значений каждого третьего r и четвертого r информационных символов в каждом из блоков следующим образом.
3
4
исх
исх
4
исх
1
исх
Если r=1, r=0, то в результате манипулирования исходное значение U CC умножают на значение sin75°, а исходное значение U KC умножают на значение cos75°. В качестве примера на фиг.2 показаны значения манипулированных напряжений U, полученных в результате умножения U на величину, численно равную sin75° (для CC), и U, полученных в результате умножения U на величину, численно равную cos75° (для KC), которые соответствуют блокам информационных символов 0010, 1010, 1110, 0110.
3
4
исх
исх
1
исх
4
исх
Если r=0, а r=1, то в результате манипулирования исходное значение U CC умножают на значение sin15°, а значение U KC умножают на значение cos15°. В качестве примера на фиг.2 показаны значения манипулированных напряжений U, полученных в результате умножения U на величину, численно равную sin15° (для CC), и U, полученных в результате умножения U на величину, численно равную cos15° (для KC), которые соответствуют блокам информационных символов 0001, 1001, 1101, 0101.
3
4
исх
исх
3
исх
3
исх
Если r=0 и r=0, то в результате манипулирования исходное значение U CC умножают на значение sin45°, а значение U KC умножают на значение cos45°. В качестве примера на фиг.2 показаны значения манипулированных напряжений U, полученных в результате умножения U на величину, численно равную sin45° (для CC), и U, полученных в результате умножения U на величину, численно равную cos45° (для KC), которые соответствуют блокам информационных символов 0000, 1000, 1100, 0100.
3
4
исх
исх
2
исх
2
исх
Если r=1 и r=1, то в результате манипулирования исходное значение U CC и исходное значение U KC уменьшают в три раза. В качестве примера на фиг.2 показаны значения манипулированных напряжений U, полученных в результате умножения U на величину, численно равную 1/3 (для CC), и U, полученных в результате умножения U на величину, численно равную 1/3 (для КС), которые соответствуют блокам информационных символов 0011, 1011, 1111, 0111.
Операции умножения (уменьшения) значения напряжения известны и описаны, например, в патенте РФ №2439819, 2012 г.
5. Манипулированные значения CC и KC суммируют.
<mrow><msubsup><mover accent="true"><mi>u</mi><mo>→</mo></mover><mrow><mi>и</mi><mi>с</mi><mi>х</mi></mrow><mi>I</mi></msubsup></mrow>
<mrow><msubsup><mover accent="true"><mi>u</mi><mo>→</mo></mover><mrow><mi>и</mi><mi>с</mi><mi>х</mi></mrow><mi>Q</mi></msubsup></mrow>
<mrow><msubsup><mover accent="true"><mi>u</mi><mo>→</mo></mover><mrow><mi>и</mi><mi>с</mi><mi>х</mi></mrow><mi>I</mi></msubsup></mrow>
<mrow><msubsup><mover accent="true"><mi>u</mi><mo>→</mo></mover><mrow><mi>и</mi><mi>с</mi><mi>х</mi></mrow><mi>Q</mi></msubsup></mrow>
Операции суммирования напряжения CC и CK известны (см. патент РФ №2365050, 2008 г.). В результате суммирования манипулированных значений
и
формируют сигнальное созвездие сигнальной конструкции КАМ. На фиг.2 показаны результирующие точки векторов сигнального созвездия, полученные в результате суммирования манипулированных значении
и
, в том числе и инвертированных значений.
1
4
3
8
12
15
14
9
5
2
3
3
4
16
13
1
2
2
7
11
10
6
Сумме значений напряжений U и U соответствуют точки векторов сигнального созвездия A, A, A, A, A, A, A, A. Сумме значений напряжений U и U соответствуют точки векторов сигнального созвездия A, A, A, A. Сумме значений напряжений U и U соответствуют точки векторов сигнального созвездия A, A, A, A.
<mrow><msubsup><mover accent="true"><mi>u</mi><mo>→</mo></mover><mrow><mi>и</mi><mi>с</mi><mi>х</mi></mrow><mi>I</mi></msubsup></mrow>
<mrow><msubsup><mover accent="true"><mi>u</mi><mo>→</mo></mover><mrow><mi>и</mi><mi>с</mi><mi>х</mi></mrow><mi>Q</mi></msubsup></mrow>
Возле каждой точки сигнального созвездия показан ее манипуляционный код, представленный в двоичной системе счисления. Порядок следования битов «слева направо» соответствует номерам информационных битов каждого из блоков, манипулирующих значения
и
, т.е. первый бит слева является первым информационным битом, второй - вторым информационным битом и т.д. для каждого из блоков.
Для манипуляции CC и KC выбран код Грея. Сигнальные конструкции с манипуляционным кодом Грея отличаются повышенной помехоустойчивостью относительно конструкций при натуральном манипуляционном кодировании (см. Скляр Б. Цифровая связь. Теоретические основы и практическое применение, 2-е издание: Пер. с англ. - М.: Издательский дом «Вильяме», 2003, стр.234).
<mrow><msubsup><mover accent="true"><mi>u</mi><mo>→</mo></mover><mrow><mi>и</mi><mi>с</mi><mi>х</mi></mrow><mi>I</mi></msubsup></mrow>
<mrow><msubsup><mover accent="true"><mi>u</mi><mo>→</mo></mover><mrow><mi>и</mi><mi>с</mi><mi>х</mi></mrow><mi>Q</mi></msubsup></mrow>
<mrow><msubsup><mover accent="true"><mi>u</mi><mo>→</mo></mover><mrow><mi>и</mi><mi>с</mi><mi>х</mi></mrow><mi>I</mi></msubsup></mrow>
<mrow><msubsup><mover accent="true"><mi>u</mi><mo>→</mo></mover><mrow><mi>и</mi><mi>с</mi><mi>х</mi></mrow><mi>Q</mi></msubsup></mrow>
<mrow><msubsup><mover accent="true"><mi>u</mi><mo>→</mo></mover><mrow><msub><mi>r</mi><mn>1</mn></msub></mrow><mi>I</mi></msubsup><mo>=</mo><msubsup><mover accent="true"><mi>u</mi><mo>→</mo></mover><mrow><mi>и</mi><mi>с</mi><mi>х</mi></mrow><mi>I</mi></msubsup><mo stretchy="false">(</mo><msubsup><mover accent="true"><mi>u</mi><mo>→</mo></mover><mrow><msub><mi>r</mi><mn>2</mn></msub></mrow><mi>Q</mi></msubsup><mo>=</mo><msubsup><mover accent="true"><mi>u</mi><mo>→</mo></mover><mrow><mi>и</mi><mi>с</mi><mi>х</mi></mrow><mi>Q</mi></msubsup><mo stretchy="false">)</mo></mrow>
<mrow><msubsup><mover accent="true"><mi>u</mi><mo>→</mo></mover><mrow><msub><mi>r</mi><mn>1</mn></msub></mrow><mi>I</mi></msubsup><mo>=</mo><mo>−</mo><msubsup><mover accent="true"><mi>u</mi><mo>→</mo></mover><mrow><mi>и</mi><mi>с</mi><mi>х</mi></mrow><mi>I</mi></msubsup><mo stretchy="false">(</mo><msubsup><mover accent="true"><mi>u</mi><mo>→</mo></mover><mrow><msub><mi>r</mi><mn>2</mn></msub></mrow><mi>Q</mi></msubsup><mo>=</mo><mo>−</mo><msubsup><mover accent="true"><mi>u</mi><mo>→</mo></mover><mrow><mi>и</mi><mi>с</mi><mi>х</mi></mrow><mi>Q</mi></msubsup><mo stretchy="false">)</mo></mrow>
1
2
1
2
1
2
1
2
Согласно заявляемому способу формирование сигналов КАМ происходит следующим образом. Информационную последовательность разбивают на блоки по четыре символа в каждом. Манипуляцию значений
и
осуществляют для каждого блока в соответствии со значениями r и r следующим образом. В соответствии со значением r манипулируют
, а в соответствии со значением r манипулируют
. В случае если r=0 (r=0), фазу CC (KC) оставляют без изменений, т.е.
. В случае r=1 (r=1), фазу CC (KC) изменяют на 180°, т.е.
.
1
2
3
4
4
3
2
1
3
4
3
3
4
1
4
3
4
4
1
3
4
2
<mrow><msubsup><mover accent="true"><mi>u</mi><mo>→</mo></mover><mrow><mi>и</mi><mi>с</mi><mi>х</mi></mrow><mi>I</mi></msubsup></mrow>
<mrow><msubsup><mover accent="true"><mi>u</mi><mo>→</mo></mover><mrow><mi>и</mi><mi>с</mi><mi>х</mi></mrow><mi>Q</mi></msubsup></mrow>
Затем для манипулированных битами r и r значений
и
в зависимости от значений r и r формируют по четыре уровня напряжений U, U, U и U (в том числе и для инверсных значений). В случае если r=0 и r=0, для CC и KC выбирают уровень напряжения U (в том числе и для инверсных значений). В случае если r=0 и r=1, для CC выбирают уровень напряжения U, а для KC выбирают уровень напряжения U (в том числе и для инверсных значений). В случае если r=1 и r=0, для CC выбирают уровень напряжения U, а для КС выбирают уровень напряжения U (в том числе и для инверсных значений). В случае если r=1 и r=1, для CC и KC выбирают уровень напряжения U (в том числе и для инверсных значений).
Возможность снижения пик-фактора в заявляемом способе показана в приложении 1.
Таким образом, в заявляемом способе при его реализации за счет уменьшения различий амплитудных значений векторов сигнального созвездия достигается цель заявляемого технического решения, направленная на снижение величины пик-фактора формируемой сигнальной конструкции КАМ.
Приложение 1
Оценка уровня пик-фактора при изменении амплитудных значений векторов сигнального созвездия
3
4
8
7
11
12
16
15
9
10
14
13
1
2
6
5
<mrow><msubsup><mi>U</mi><mi>п</mi><mn>2</mn></msubsup></mrow>
<mrow><msubsup><mi>U</mi><mrow><mi>с</mi><mi>р</mi></mrow><mn>2</mn></msubsup></mrow>
<mrow><mi>Π</mi><munder accentunder="true"><munder accentunder="true"><mi>Δ</mi><mo stretchy="true">_</mo></munder><mo stretchy="true">_</mo></munder><msqrt><mrow><mrow><mrow><msubsup><mi>U</mi><mi>п</mi><mn>2</mn></msubsup></mrow><mo>/</mo><mrow><msubsup><mi>U</mi><mrow><mi>с</mi><mi>р</mi></mrow><mn>2</mn></msubsup></mrow></mrow></mrow></msqrt></mrow>
В заявляемом способе точками векторов сигнальной конструкции КАМ являются A, A, A, A, A, A, A, A, A, A, A, A, A, A, A, A (см. фиг.2). Из определения (см. Железняк В.К., Дворников С. В. Основы теории модулированных колебаний: учеб. пособие. ГУАП. - СПб., 2006. стр.6), пик-фактор можно интерпретировать как результат квадратного корня из отношения пиковой мощности (квадрат пиковой амплитуды
сигнальной конструкции) к ее среднему значению (квадрат среднего значения амплитуды
сигнальной конструкции):
.
Поскольку в сигнальной конструкции КАМ значения точек сигнальных векторов в каждом из квадрантов имеют одинаковые энергетические значения, то все расчеты проведем только для правого верхнего квадранта.
<mrow><msubsup><mi>U</mi><mi>п</mi><mo>'</mo></msubsup></mrow>
<mrow><msubsup><mi>U</mi><mi>п</mi><mo>'</mo></msubsup><mo>=</mo><msqrt><mn>2</mn></msqrt><msub><mi>U</mi><mrow><mi>и</mi><mi>с</mi><mi>х</mi></mrow></msub></mrow>
<mrow><msubsup><mi>U</mi><mi>п</mi><mrow><mo>'</mo><mn>2</mn></mrow></msubsup><mo>=</mo><mn>2</mn><msubsup><mi>U</mi><mrow><mi>и</mi><mi>с</mi><mi>х</mi></mrow><mn>2</mn></msubsup></mrow>
Пиковая амплитуда
сигнальной конструкции в способе-прототипе
(см. выражение (24) описания патента РФ №2439819, опубликовано: 10.01.2012, Бюл. №1). Значение пиковой мощности равно
.
<mrow><msubsup><mi>U</mi><mrow><mi>с</mi><mi>р</mi></mrow><mrow><mo>'</mo><mn>2</mn></mrow></msubsup></mrow>
<mrow><msubsup><mi>U</mi><mrow><mi>с</mi><mi>р</mi></mrow><mrow><mo>'</mo><mn>2</mn></mrow></msubsup><mo>=</mo><msup><mrow><mrow><mo>(</mo><mrow><mfrac><mrow><msqrt><mn>2</mn></msqrt><msub><mi>U</mi><mrow><mi>и</mi><mi>с</mi><mi>х</mi></mrow></msub></mrow><mn>4</mn></mfrac><mo stretchy="false">(</mo><mn>3</mn><mo>+</mo><mi>c</mi><mo stretchy="false">)</mo></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow><mn>2</mn></msup><mo>≈</mo><mn>1,44</mn><msubsup><mi>U</mi><mrow><mi>и</mi><mi>с</mi><mi>х</mi></mrow><mn>2</mn></msubsup></mrow>
<mrow><mi>с</mi><mo>=</mo><mfrac><mn>1</mn><mrow><mn>1</mn><mo>+</mo><msqrt><mn>2</mn></msqrt></mrow></mfrac></mrow>
Средняя мощность
сигнальной конструкции в способе-прототипе
(см. выражение (26) описания патента РФ №2439819, опубликовано: 10.01.2012, Бюл. №1), где
(см. выражение (20) описания патента РФ №2439819, опубликовано: 10.01.2012, Бюл. №1). В результате значение пик-фактора для способа-прототипа
<mrow><mi>П</mi><mo>'</mo><munder accentunder="true"><munder accentunder="true"><mi>Δ</mi><mo stretchy="true">_</mo></munder><mo stretchy="true">_</mo></munder><msqrt><mrow><mrow><mrow><msubsup><mi>U</mi><mi>п</mi><mrow><mo>'</mo><mn>2</mn></mrow></msubsup></mrow><mo>/</mo><mrow><msubsup><mi>U</mi><mrow><mi>с</mi><mi>р</mi></mrow><mrow><mo>'</mo><mn>2</mn></mrow></msubsup></mrow></mrow></mrow></msqrt><mo>=</mo><msqrt><mrow><mn>2</mn><msubsup><mrow><mrow><mrow><msubsup><mi>U</mi><mrow><mi>и</mi><mi>с</mi><mi>х</mi></mrow><mn>2</mn></msubsup></mrow><mo>/</mo><mrow><mn>1,44</mn><mi>U</mi></mrow></mrow></mrow><mrow><mi>и</mi><mi>с</mi><mi>х</mi></mrow><mn>2</mn></msubsup></mrow></msqrt><mo>=</mo><msqrt><mrow><mn>1,39</mn></mrow></msqrt><mo>≈</mo><mn>1,18</mn></mrow>
.
3
4
8
исх
<mrow><mo>|</mo><mi>O</mi><msub><mi>A</mi><mn>7</mn></msub><mo>|</mo><mo>=</mo><msqrt><mn>2</mn></msqrt><msub><mi>U</mi><mrow><mi>и</mi><mi>с</mi><mi>х</mi></mrow></msub><mo>/</mo><mn>3</mn></mrow>
<mrow><msubsup><mi>U</mi><mi>п</mi><mrow><mo>"</mo><mn>2</mn></mrow></msubsup></mrow>
<mrow><msubsup><mi>U</mi><mrow><mi>и</mi><mi>с</mi><mi>х</mi></mrow><mn>2</mn></msubsup></mrow>
<mrow><msubsup><mi>U</mi><mrow><mi>с</mi><mi>р</mi></mrow><mrow><mo>"</mo><mn>2</mn></mrow></msubsup></mrow>
<mrow><msubsup><mi>U</mi><mrow><mi>с</mi><mi>р</mi></mrow><mrow><mo>"</mo><mn>2</mn></mrow></msubsup><mo>=</mo><msup><mrow><mrow><mo>(</mo><mrow><mo stretchy="false">(</mo><mo>|</mo><mi>O</mi><msub><mi>A</mi><mn>3</mn></msub><mo>|</mo><mo>+</mo><mo>|</mo><mi>O</mi><msub><mi>A</mi><mn>4</mn></msub><mo>|</mo><mo>+</mo><mo>|</mo><mi>O</mi><msub><mi>A</mi><mn>8</mn></msub><mo>|</mo><mo>+</mo><mo>|</mo><mi>O</mi><msub><mi>A</mi><mn>7</mn></msub><mo>|</mo><mo stretchy="false">)</mo><mo>/</mo><mn>4</mn></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow><mn>2</mn></msup></mrow>
В заявляемом способе значения |OA|, |OA|, |OA| равны U, a
(см. фиг.2). Следовательно, пиковая мощность
сигнальной конструкции в заявляемом способе равна
, а средняя мощность
сигнальной конструкции в заявляемом способе равна
.
<mrow><msubsup><mi>U</mi><mrow><mi>с</mi><mi>р</mi></mrow><mrow><mo>"</mo><mn>2</mn></mrow></msubsup><mo>=</mo><msup><mrow><mrow><mo>(</mo><mrow><mfrac><mrow><mn>1</mn><mo>+</mo><mn>1</mn><mo>+</mo><mn>1</mn><mo>+</mo><msqrt><mn>2</mn></msqrt><mo>/</mo><mn>3</mn></mrow><mn>4</mn></mfrac></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow><mn>2</mn></msup><msubsup><mi>U</mi><mrow><mi>и</mi><mi>с</mi><mi>х</mi></mrow><mn>2</mn></msubsup><mo>=</mo><mn>0,75</mn><msubsup><mi>U</mi><mrow><mi>и</mi><mi>с</mi><mi>х</mi></mrow><mn>3</mn></msubsup></mrow>
Тогда
.
В результате значение пик-фактора для заявляемого способа
<mrow><mi>П</mi><mo>'</mo><mo>'</mo><munder accentunder="true"><munder accentunder="true"><mi>Δ</mi><mo stretchy="true">_</mo></munder><mo stretchy="true">_</mo></munder><msqrt><mrow><mrow><mrow><msubsup><mi>U</mi><mi>п</mi><mrow><mo>'</mo><mo>'</mo><mn>2</mn></mrow></msubsup></mrow><mo>/</mo><mrow><msubsup><mi>U</mi><mrow><mi>с</mi><mi>р</mi></mrow><mrow><mo>'</mo><mo>'</mo><mn>2</mn></mrow></msubsup></mrow></mrow></mrow></msqrt><mo>=</mo><msqrt><mrow><mn>1</mn><mo>×</mo><msubsup><mrow><mrow><mrow><msubsup><mi>U</mi><mrow><mi>и</mi><mi>с</mi><mi>х</mi></mrow><mn>2</mn></msubsup></mrow><mo>/</mo><mrow><mn>0,75</mn><mo>×</mo><mi>U</mi></mrow></mrow></mrow><mrow><mi>и</mi><mi>с</mi><mi>х</mi></mrow><mn>2</mn></msubsup></mrow></msqrt><mo>≈</mo><mn>1,15</mn></mrow>
.
П
Эффективность заявляемого способа по показателю относительного снижения значения пик-фактора Э составит
<mrow><msub><mi>Э</mi><mi>П</mi></msub><mo>=</mo><mi>П</mi><mo>'</mo><mo>/</mo><mi>П</mi><mo>"</mo><mo>=</mo><mn>1,18</mn><mo>/</mo><mn>1,15</mn><mo>=</mo><mn>1,03.</mn><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mo stretchy="false">(</mo><mn>1</mn><mo stretchy="false">)</mo></mrow>
исх
Изменение структуры сигнального созвездия в предлагаемом способе приведет к уменьшению значения евклидова расстояния d, которое определяет вероятность ошибочного события (Б. Скляр. Цифровая связь. Теоретические основы и практическое применение. Изд. 2-е, испр.: Пер. с англ. - М.: Издательский дом «Вильяме», 2003, см. с.599). И в заявляемом способе, и в способе-прототипе значение евклидова расстояния d одинаковое и будет определяться как у сигналов двенадцати позиционной фазовой манипуляции d=2Usin15°.
Полученный результат указывает, что помехоустойчивость заявляемой сигнальной конструкции КАМ не ухудшится по отношению к прототипу.