ПРИЕМОПЕРЕДАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Из уровня техники изветно применение приемников и передатчиков с использованием мультиплексирования с ортогональным разделением частот (OFDM) которое было известно в технике, по меньшей мере, с конца 1960-х годов. Также известны устройства приема и передачи информации основанные на ином методе формирования сигнала.
Из патента №2542573 [1] известно устройство формирования канальных сигналов с минимальным уровнем внеполосных излучений канального сигнала (Фиг. 1, Фиг. 3), включающее источник информации (1), выход которого подключен к входу блока (2), включающего преобразователь последовательных символов в параллельные. Параллельные выходы блока (2) поступают на входы блока (3), где модуляция каждой посылки осуществляется согласно битовым картам, выходы последнего соединены с соответствующими входами блока (19) формирования сигнала на основе собственных векторов субполосной низкочастотной матрицы, первый и второй выходы которого соединены с соответствующими входами квадратурного модулятора, в состав которого входят два цифроаналоговых преобразователя (5) и (6), два умножителя (7) и (8), генератор (9) несущего колебания, устройство (10) сдвига фазы на π/2, сумматор (11).
Первый выход блока (19) соединен со входом цифроаналогового преобразователя (5), выход которого соединен с первым входом умножителя (7), а второй вход умножителя (7) соединен с выходом генератора несущего колебания (9). Второй выход блока (19) соединен со входом второго цифроаналогового преобразователя (6), выход которого соединен с первым входом второго умножителя (8), а второй вход умножителя (8) соединен с выходом устройства (10) сдвига фазы на π/2, вход которого соединен с выходом генератора (9). Выходы умножителей (7) и (8) соединены с соответствующими входами сумматора (11), на выходе которого окончательно формируется канальный сигнал на заданной несущей частоте.
Данная схема отличается от прототипа блоком (19) ортогонального частотного уплотнения на основе собственных векторов низкочастотной субполосной матрицы, позволяющего исключить блок циклической вставки.
Блок 19 (Фиг. 1) состоит из:
- формирователя собственных векторов субполосной низкочастотной матрицы (13), позволяющего обеспечить помехоустойчивость формируемых канальных сигналов не ниже, чем в прототипе и не использовать вставку защитного интервала;
- устройства (14) управления формирователем собственных векторов субполосных матриц;
- блоков (18) разделяющих информационный символ на реальные и мнимые части;
- опционально, блока (17) сохранения заранее рассчитанных базисных функций для последующего использования в формировании сигнально-кодовой конструкции;
- J*2 умножителей (15), для умножения поступающих J параллельных информационных символов, позволяющих использовать формируемые собственные векторы для передачи информации за счет их модуляции данными;
- сумматоров (16), объединяющих совокупность модулированных собственных векторов в реальную Re и мнимую Im составляющую сигнала.
Постоянное запоминающее устройство (17) для хранения базисных функций, представляющих собой собственные вектора субполосной низкочастотной матрицы, рассчитанные и отобранные формирователем собственных векторов низкочастотной субполосной матрицы. Сохраненные в ПЗУ базисные функции используются в процедуре формирования канального сигнала, что позволяет сократить количество вычислений, производимых формирователем собственных векторов низкочастотной субполосной матрицы. Однако наличие ПЗУ является необязательным, что ни в коем случае не влияет на работу устройства формирования канальных сигналов OFDM, а может быть рассмотрено как возможный вариант.
Также, из патента №2599930 [2] известно устройство восстановления передаваемой информации из принятых сигналов на основе субполосной матрицы, (Фиг. 2, Фиг. 4), включающее принимающую антенну с квадратурным демодулятором (не обозначен), выход которого подключен к входу аналого-цифрового преобразователя 101. Далее оцифрованный сигнал поступает на блок 202 удаления защитного интервала, если такой используется опционально, выход которого соединен с блоком 203 восстановления информации, выходы каждого канала которого соединены с блоком 104 параллельно-последовательного преобразователя, далее сформированный цифровой поток 105 подается для дальнейшей обработки. Символьные детекторы для восстановления битовой информации могут быть использованы как до, так и после блока 104 в зависимости от системы связи, такая перестановка не оказывает влияния на изобретение. Реализация блока 203 может быть осуществлена как на аппаратном, так и на программном уровне включая различные сочетания.
Для устройства на аппаратном уровне должны использоваться действительнозначные числа и тогда комплексный сигнал представляется из двух сигналов синусной и косинусной частей, поступающих из квадратурного демодулятора. Для каждой составляющей используется отдельное устройство. Для упрощения общей схемы синусная и косинусная части схемы объединены в один поток и также могут рассматриваться отдельно, начиная с аналого-цифрового преобразователя. Блок 203 может быть реализован в виде двух блоков для отдельной обработки, реальной и мнимой частей сигнала.
Принятый сигнал с принимающей антенны и квадратурного демодулятора поступает на аналого-цифровой преобразователь 101, где осуществляется оцифровка принятого сигнала, и выход блока соединен со входом блока 202 удаления защитного интервала (вставки). Если используется защитный интервал в виде пассивной паузы или других данных без разрыва фазы, то такая часть сигнала удаляется и результат подается на вход блока 203 восстановления информации, иначе сигнал с блока 101 поступает на блок 203 без изменений. Выход блока 203 соединен с блоком 104 параллельно-последовательного преобразования, после которого цифровой поток 105 подается для дальнейшей обработки.
Данная схема отличается от прототипа блоком 203 восстановления информации, опциональным наличием блока 202 удаления защитного интервала, отсутствием функциональной части, выполняющей параллельно-последовательное преобразование.
Блок 203 (Фиг. 3) состоит из:
- блока 302 собственных векторов, позволяющего сформировать базис для восстановления информации из принятых сигналов;
- блока управления 301;
- J умножителей 303 для умножения принятых сигналов, в комплексном виде (в случае программной реализации) или в виде только реальной или мнимой части;
- J сумматоров 304, для суммирования результатов умножения на интервале длительности одного символа, после чего результат суммирования сбрасывается;
В некоторых вариантах реализации изобретения блок 302 собственных векторов содержит формирователь 3021 собственных векторов, формирующий собственные векторы субполосной матрицы.
В некоторых вариантах реализации изобретения блок 302 собственных векторов содержит носитель 3022 информации, которым может быть постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) или жесткий диск или твердотельный накопитель или flash-память или оптический диск или гибридные накопители или оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) или удаленная компьютерная система или удаленное хранилище данных. Носитель 3022 информации предназначен для хранения базиса, представляющего собой набор собственных векторов субполосной низкочастотной матрицы, рассчитанных и отобранных в соответствии с параметрами передающей стороны. Сохраненные на носителе информации собственные векторы субполосной матрицы используются в процедуре восстановления информации из принятого сигнала, что позволяет сократить количество вычислений, производимых формирователем 3021 собственных векторов, либо совсем исключить его.
В различных вариантах реализации изобретения блок 302 собственных векторов содержит или формирователь 3021 собственных векторов, или носитель 3022 информации, или и то и другое одновременно. Различные варианты исполнения блока 302 не влияют на работу устройства восстановления информации из принятых сигналов на основе субполосной матрицы.
Приведенные решения имеют ряд недостатков. Отсутствие блока добавления защитной вставки, в виде пассивной паузы или другой информации без разрыва фазы между символом и вставкой, в условиях многолучевого распространения приводит к увеличению вероятности неверного декодирования информации на принимающей стороне. В случае применения двусторонней связи в устройстве, раздельный расчет и формирование ортогонального базиса для приемника и передатчика является нецелесообразным, с точки зрения использования вычислительных ресурсов и элементов вычислительной базы. Раздельное вычисление мнимой и реальной частей не является обязательным и может быть выполнено в комплексном виде без внесения конструкторских изменений в приемопередающее устройство, что расширяет возможный перечень использования элементной базы.
СУЩНОСТЬ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ
Задача, на решение которой направлена полезная модель, заключается в создании устройства, предназначенного для формирования канального сигнала и восстановления информации, с помощью собственных векторов субполосной матрицы, лишенного вышеуказанных недостатков.
Техническим результатом полезной модели является уменьшение вероятности неверного декодирования информации на принимающей стороне в условиях многолучевого распространения,  который достигается совокупностью существенных признаков формулы.
Для решения поставленной задачи и достижения технического результата предложено приемопередающее устройство, характеризующееся тем что:
- принимающая и передающая части устройства реализованы на одной платформе;
- в передающей части устройства выход источника информации подключен к входу преобразователя последовательных символов в параллельные,  параллельные выходы которого соединены с входами модулятора информационных символов, выходы последнего соединены с соответствующими входами блока ортогонального уплотнения, вторые входы которого соединены с общим блоком собственных векторов, который соединен с общим блоком управления; первый и второй выходы блока ортогонального уплотнения соединены с блоком вставки защитного интервала, который соединен с цифроаналоговым преобразователем; цифроаналоговый преобразователь соединен с квадратурным модулятором;
- в принимающей части устройства квадратурный демодулятор соединен с аналого-цифровым преобразователем, выход которого соединен с входом блока удаления защитного интервала, который соединен с блоком восстановления информации; блок восстановления информации соединен с общим блоком собственных векторов, который соединен с общим блоком управления; выход блока восстановления информации соединен с блоком параллельно-последовательного преобразования.
В некоторых вариантах реализации полезной модели общий блок 502 собственных векторов содержит носитель 5022 информации, которым может быть постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) или жесткий диск или твердотельный накопитель или flash-память или оптический диск или гибридные накопители или оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) или удаленная компьютерная система или удаленное хранилище данных. Носитель 5022 информации предназначен для хранения базиса, представляющего собой набор собственных векторов субполосной низкочастотной матрицы, рассчитанных и отобранных в соответствии с параметрами используемого базиса. Сохраненные на носителе информации собственные векторы субполосной матрицы используются в процедуре формирования сигнала и в процедуре восстановления информации из принятого сигнала, что позволяет сократить количество вычислений, производимых формирователем 5021 собственных векторов, либо совсем исключить его.
В различных вариантах реализации изобретения блок 502 собственных векторов содержит или формирователь 5021 собственных векторов, или носитель 5022 информации, или и то и другое одновременно. Различные варианты исполнения блока 502 не влияют на работу устройства. Блоком 502 могут быть расчитаны различные базисы для передающей и принимаюющей стороны раздельно, если примник и передатчик работают независимо друг от друга с различными базисами.
В передающей части устройства добавлен блок 405 вставки защитного интервала к началу символа в виде пассивной паузы или иной информации без разрыва фазы между вставкой и символом, что позволяет уменьшить вероятность неверного декодирования на принимающей стороне, при воздействии многолучевого распространения.
Данная полезная модель не ограничивается ее применением для элементов конструкции и схемы компонентов, установленных в описании или проиллюстрированных в чертежах. Полезная модель допускает другие осуществления до и после операции формирования сигнала и восстановления информации на основе собственных векторов субполосной матрицы и может быть выполнена другими способами. Фразеология и терминология, используемые здесь, приведены для описания и не должны рассматриваться как ограничительные.
Сущность полезной модели поясняется изображениями, представленными на фигурах 1-7.
Для упрощения описания общей схемы синусная и косинусная части схемы представлены как один поток, также они могут рассматриваться отдельно, начиная с аналого-цифрового преобразователя. Элементы блоков 404 и 408 могут быть реализованы как для обработки комплексных чисел, так и для отдельной обработки реальной и мнимой частей сигнала.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Фиг 1. - Схема прототипа передатчика
(1) - Источник информации;
(2) - Преобразователь последовательных символов в параллельные;
(3) - Модулятор субполосной низкочастотной матрицы;
(5), (6) - Цифроаналоговый преобразователь;
(7), (8) - Умножители;
(9) - Генератор несущего колебания;
(10) - Устройство сдвига фазы на π/2;
(11) - Сумматор;
(12) - Блок формирования сигнала на основе собственных векторов субполосных матриц;
(13) - Формирователь собственных векторов субполосной низкочастотной матрицы;
(14) - Управляющее устройство;
(15) - Умножитель;
(16) - Сумматор;
(17) - Запоминающее устройство (ПЗУ);
(18) - Разделитель реальной и мнимой частей информационного символа;
(19) - Блок ортогонального частотного уплотнения на основе собственных векторов.
Фиг. 2 - Схема прототипа принимающего устройства
101 - аналого-цифровой преобразователь;
202 - блок удаления защитного интервала;
203 - блок восстановления информации;
104 - параллельно-последовательный преобразователь;
105 - цифровой поток.
Фиг. 3 - Схема блока прототипа формирования сигналов на основе собственных векторов субполосной низкочастотной матрицы
(12) - Блок формирования сигнала на основе собственных векторов субполосных матриц;
(13) - Формирователь собственных векторов субполосной низкочастотной матрицы;
(14) - Управляющее устройство;
(15) - Умножитель;
(16) - Сумматор;
(17) - Запоминающее устройство (ПЗУ);
(18) - Разделитель реальной и мнимой частей информационного символа.
Фиг. 4 - Схема блока прототипа восстановления информации на основе собственных векторов субполосной матрицы
203 - блок восстановления информации;
301 - блок управления;
302 - блок собственных векторов;
3021 - формирователь собственных векторов;
3022 - носитель информации;
303 - умножитель;
304 - блок суммирования на интервале длительности одного символа.
Фиг. 5 - Схема предложенного устройства приемопередатчика
(1) - Источник информации;
(2) - Преобразователь последовательных символов в параллельные;
(3) - Модулятор субполосной низкочастотной матрицы;
101 - аналого-цифровой преобразователь;
202 - блок удаления защитного интервала;
104 - параллельно-последовательный преобразователь;
105 - цифровой поток.
404 - блок ортогонального уплотнения;
405 - блок вставки защитного интервала;
406 - цифроаналоговый преобразователь;
407 - квадратурный модулятор;
408 - блок восстановления информации;
501 - общий блок управления;
502 - общий блок собственных векторов;
5021 - формирователь собственных векторов;
5022 - носитель информации.
Фиг. 6 - Блок ортогонального уплотнения
404 - Блок ортогонального уплотнения;
(15) - Умножитель;
(16) - Сумматор;
(18) - Разделитель реальной и мнимой частей информационного символа.
Фиг. 7 - Блок восстановления информации
408 - Блок восстановления информации;
303 - умножитель;
304 - блок суммирования на интервале длительности одного символа.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ, ПРИМЕР РЕАЛИЗАЦИИ
На общей платформе реализуют принимающую и передающую часть устройства.
В передающей части устройства выход источника информации блока (1) подключен ко входу блока (2) преобразрования последовательных символов в параллельные. Параллельные выходы блока (2) соединены с входами блока (3), где модуляция каждой посылки осуществляется согласно битовым картам, выходы последнего соединены с соответствующими входами блока 404, на вторые входы блока 404 подаются собственные вектора субполосной матрицы с заданными характеристиками от общего блока 502, который соединен с общим блоком управления 501. Первый и второй выходы блока 404 ортогонального уплотнения на основе собственных векторов субполосной матрицы соединены с блоком 405 вставки защитного интервала к началу символа в виде пассивной паузы или иной информации без разрыва фазы между вставкой и символом. Блок 405 соединен с блоком 406, на который сигнал поступает для цифроаналогового преобразования. Блок 406 соединен с блоком 407 квадратурного модулятора, на выходе которого окончательно формируется канальный сигнал на заданной несущей частоте.
Блок 404 (Фиг. 6) состоит из:
- блока (18), разделяющего информационный символ на реальные и мнимые части;
- J*2 умножителей (15), для умножения J реальных и мнимых частей поступающих параллельных информационных символов, на соответствующие собственные вектора, поступающие от блока 502;
- сумматоров (16), объединяющих результаты перемножения собственных векторов реальной Re и мнимой Im составляющих сигнала.
В принимающей части устройства принятый сигнал с принимающей антенны и квадратурного демодулятора (на схеме не представлен) поступает на аналого-цифровой преобразователь 101, где осуществляется оцифровка принятого сигнала. Выход блока 101 соединен с входом блока 202 удаления защитного интервала (вставки). Если используется защитный интервал в виде пассивной паузы или других данных без разрыва фазы, то такая часть сигнала удаляется и результат с блока 202 подается на вход блока 408 восстановления информации. Если защитный интервал не используется, то сигнал поступает на блок 408 без изменений. На вторые входы блока 408 подаются собственные вектора субполосной матрицы с заданными характеристиками от общего блока 502, который соединен с общим блоком управления 501. Выход блока 408 соединен с блоком 104 параллельно-последовательного преобразования, после которого цифровой поток 105 подается для дальнейшей обработки.
Блок 408 (Фиг. 7) состоит из:
- J умножителей 303 для умножения принятых сигналов, в комплексном виде (в случае программной реализации) или в виде только реальной или мнимой части;
- J сумматоров 304 для суммирования результатов умножения на интервале длительности одного информационного символа, после чего результат суммирования сбрасывается.
ИСПОЛЬЗОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА:
1. Способ и устройство ортогонального частотного уплотнения. Патент на изобретение №2542573. Зарегистрировано в Государственном реестре изобретений Российской Федерации 21.01.2015. Авторы: Жиляков Е.Г., Урсол Д.В.; заявитель и патентообладатель ООО «РВ-СИСТЕМС».
2. Способ и устройство восстановления передаваемой информации при ортогональном частотном уплотнении. Патент на изобретение №2599930. Зарегистрировано в Государственном реестре изобретений Российской Федерации 21.09.2016. Авторы: Жиляков Е.Г., Урсол Д.В.; заявитель и патентообладатель ООО «РВ-СИСТЕМС».