Устройство для приема амплитудно-фазоманипулированных сигналов

 

Устройство содержит полосовой фильтр 1, автоматический регулятор уровня 2, модуляторы 3. 4, генератор несущей частоты 5, фильтры нижних частот 6, 7, блок синхронизации несущей частоты 8. блок тактовой синхронизации 9. тактовый генератор 10, амплитудно-фазовый решающий блок 11, фазовый решающий блок 12. коммутатор 13, амплитудный детектор 14, пороговый блок 15. 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 Н 04 1. 27/38

ГОСУДАРСТВЕ ННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР э

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4849849/09 (22):1 1.07.90 (46) 30.08.92. Бюл. hL 32 (71) Ленинградский электротехнический институт связи им. проф. М.А,Бонч-Бруевича (72) Д,А.Копылов (56) П.Боккер. Передача данных. Техника связи в системах телеобработки данных.

1981, т.2, с.49.. Ы 1758900 А1 (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРИЕМА АМПЛИТУДНО-ФАЗОМАНИПУЛ ИРОВАННЫХ

СИГНАЛОВ (57) Устройство содержит полосовой фильтр

1, автоматический регулятор уровня 2, модуляторы 3, 4, генератор несущей частоты 5, фильтры нижних частот 6, 7, блок синхронизации несущей частоты 8, блок тактовой синхронизации 9. тактовый генератор 10, амплитудно-фазовый решающий блок 11, фазовый решающий блок 12. коммутатор 13, амплитудный детектор 14, пороговый блок

15. 3 ил.

1758900

Изобретение относится к электросвязи и может быть использовано в качестве приемника системы передачи дискретной информации с амплитуднс-фазовой манипуляцией по каналам связи с быстрыми замираниями, Известно устройство для приема фазоманипулированных сигналов с обратной связью от решающего устройства, которое можно использовать и в случае амплитуднофазовой манипуляции;: содержащее последовательно соединенные блок задержки; первый умножитель,,фильтр фазовой автоподстройки частоты, генератор, управляемый напряжением (ГУН), второй умножитель. решающий блок и фазовращатель, выход и второй. вход которого подклюяейы, соответственно, к второму входу первого умножителя и к выходу ГУН, причем объеди-. ненные между собой вход блока задержки и второй вход второго умножителя являются входом устройства, выходом которого является выход решающего блока. Недостатком устройства является низкая помехоустойчивость при резких замираниях сигнала в канале связи.

Прототипом предлагаемого устройства является устройство для приема фаэоманипулированных сигналов с двумя квадратурн ыми каналами, которое можно использовать и в случае амплитудно-фазовой манипуляции, содержащее полосовой фильтр, вход которого является входом уст. ройства, а выход полосового фильтра соединен со входом автоматического регулятора уровня, выход которого соединен с первыми входами первого и второго модуляторов. выход первого модулятора через первый фильтр нижних. частот соединен с первыми входами блока синхронизации несущей частоты, блока тактовой синхронизации и решающего блока. выход второго модулятора через второй фильтр нижних часТоТ co8+MHcH со вторыми Bxo+RMH 6JloK8 синхронизации несущей частоты, блока тактовой синхронизации и решающего блока, выход которого является выходом устройстsa, а третий вход которого соединен с выходом блока тактовой синхронизации, третий вход которого соединен с выходом тактового генератора, а также генератор несущей частоты, выход которого соединен с третьим входом блока синхронизации несущей частоты, выходы которого соединены с вторыми входами соответствующих модуляторов.

Недостатком прототипа является низкая помехоустойчивость при резких замираниях сигнала в канале связи. Если при амплитудно-фазовой манипуляции решаю15 . Указанная цель достигается тем, что в

ЗО

45

5

25 щий блок рассчитан. на обеспечение минимума вероятности ошибки в установившемся режиме, то при вынесении решения решающий блок учитывает как фазу, так и амплитуду сигнала на его входе. В моментреэкого замирания сигнала в канале связи амплитуда сигнала на входе решающего блока отличается от амплитуды в установившемся режиме, что приводит в момент замирания к вынесению большого числа ошибочных решений;

Цель о- изобретения является повышение помехоустойчивости устройства при резких замираниях сигнала. устройство для приема амплитудно-фазоманипулированных сигналов, содержащее полосовой фильтр, вход которого является входом устройства, а выход полосового фильтра соединен с входом автоматического регулятора уровня, выход которого соединен с: первыми входами первого и второго модуляторов, выход первого модулятора через первый фильтр нижних частот соединен с первыми входами блока синхронизации несущей частоты, блока тактовой синхронизации и амплитудно-фазового решающего блока, выход второго модулятора через второй фильтр нижних частот соединен с вторыми .входами блока синхронизации несущей частоты, блока тактовой синхронизации и амплитудно-фазового решающего блока, третий вход которого соединен с выходом блока тактовой синхронизации, тре.тий вход которого соединен с выходом тактового генератора, а.также генератор несущей частоты, выход которого соединен с третьим входом блока синхронизации несущей частоты, выходы которого соединены со вторыми входами соответствующих модуляторов, введены амплитудный детектор, пороговый блок. коммутатор и фазовый решающий блок, причем выход автоматического регулятора уровня через последовательно соединенные амплитудный детектор и пороговый блок соединен с четвертыми входами блока синхронизации несущей частоты и блока тактовой синхронизации и с первым входом коммутатора, второй вход которого соединен с выходам амплитуднофазового решающего блока, выход первого фильтра нижних частот соединен с первым входом фазового решающего блока, второй и третий входы которого соединены, соответственно, с выходами блока тактовой синхронизации и второго"фильтра нижних частот, выход фазового решающего блока соединен с третьим входом коммутатора, выход которого является выходом устройства.

1758900

Такое построение схемы устройствадля хронизации несущей частоты. Выходы блоприема амплитудно-фазоманипулирован- кэ 8 синхронизации несущей частоты соединых сигналов приводит к тому, что в течение нены с вторыми входами соответствующих времени, когда амплитуда сигнала на выхо- модуляторов 3 и 4, Выход тактового генераде автоматического регуляторауровня отли- 5 торэ 10 соединен с третьим входом блока 9 чается от амплитуды в установившемся тактовой синхронизации. Выход блока 9 режиме, блок синхронизации несущей час- тактовой синхронизации соединен с третьтоты и блок тактовой синхронизации пере- ими входами амплитудно-фазового и фазоходят в режим работы, когда их подстройка ваго решающих -блоков 11 и 12. Выход не зависит от амплитуды сигналов на выхо- 10 амплитудного детектора 14 соединен со дах фильтров нижних частот. а коммутатор входом порогового блока 15. Выход порогопропускает на выход устройства сигнал ре- вого блока 15 подключен к четвертым вхошения с выхода фазового решающего бло- дам блока 8 синхронизации несущей ка. Фазовый решающий блок, в отличие от частоты и блока 9 тактовой синхронизации, амплитудно-фазового, вырабатывает реше- 15 а также к первому входу коммутатора 13. ние, основываясь лишь на фазе входного Выходы амплитудно-фазового 11 и фазовосигнала, не считаясь с его амплитудой. Поз- . го 12 решающих блоков соединены, сооттому в момент резкого замирания-сигнала в ветственно, со вторым и с третьим входами канале связи фазовый решающий блок с коммутатора 13. Выход коммутатора 13 явбольшой вероятностью выносит правиль- 20 ляется выходом устройства: ные решения. Это.приводит к значительно- Устройство для приема амплитудно-фа- . му повышению помехоустойчивости зоманипулированных сигналов работает устройства для приема амплитудно-фазома- следующим образом. нипулированных сигналов, по сравнению с Входной сигнал ограничивается по прототипом, при резких замираниях сигна- 25 спектру в полосовом фильтре 1 с целью отлэ в канале связи. фильтровки внеполосного шума. АвтоматиНа фиг.1 приведена структурная схема ческий регулятор 2 уровня поддерживает на устройства; на фиг.2 — временные диаграм- своем выходе постоянный заданный уромы, поясняющие его работу; на фиг.3 — при- вень сигнала при наличии разброса козффимер созвездия передаваемых сигналов на 30 циента усиления разных каналов связи и фазовой плоскости и линии решения. соот- при медленных изменениях этого козффиветствующие этому созвездию. циента. Автоматический регулятор 2 уровУстройство для приема амплитудно-фа- ня — инерционное устройство. Уровень зоманипулированных сигналов содержит сигнала Hà его выходе не должен изменять(фиг.1) полосовой фильтр 1. автоматический 35 ся из-зэ случайных колебаний амплитуды регулятор 2 уровня, два модулятора 3 и 4, амплитудно-фазоманипулированного сиггенератор 5 несущей частоты, два фильтра нала, вызванных случайным характером

6 и 7 нижних частот, блок 8 синхронизации передаваемой дискретной информации, а несущей частоты, блок 9 тактовой синхрони- также из-зэ случайных выбросов шума. Если зации, тактовый генератор 10, амплитудно- 40 во входном сигнале устройства происходит фазовый 11 и фазовый 12 решающие блоки, резкое замирание (фиг.2а), то выходной сигкоммутатор 13, амплитудный детектор 14 и нал автоматического регулятора 2 уровня пороговый блок 15. соответствует изображенному на фиг.2б.

Вход полосового фильтра I является Амплитудный детектор 14 вырабатывает навходом устройства. Выход полосового филь- 45 пряжение (фиг.2в), пропорциональное амптра 1 соединен со входом автоматического литуде сигнала на его входе. Пороговый регулятора 2 уровня. Выход автоматическо- блок 15 сравнивает напряжение на выходе

ro регулятора 2 уровня соединен с первыми амплитудного детектора 14 с двумя пороговходами модуляторов 3 и 4. а также со вхо- выми уровнями (фиг.2в, пунктирные линии). дом амплитудного детектора 14. Выходы 50 Когда напряжение на выходе амплитудного модуляторов 3 и 4 соединены со входами детектора 14 находится между этими двумя соответствующих фильтров 6 и 7 нижних пороговыми уровнями, то сигнал на выходе частот. Выходы первого б и второго 7 филь- порогового блока 15 (фиг.2г) — логическая тров нижних частот соединены, соответст- единица, в противном случае — логический венно, с первыми и вторыми входами блока 55 нуль.

8 синхронизации несущей частоты, блока 9 Требования к инерционности амплитудтактовой синхронизации. э также амплитуд- ного детектора 14 могут быть существенно но-фазового и фазового решающих блоков ослаблены, по сравнению с требованиями к

11и12. Выходгенератора5несущейчасто- инерционности автоматического регулятоты подключен к третьему вхоау блока 8 син- ра2 уровня, поскольку при тех же случайных

1758900 изменениях амплитуды сигнала требуется лишь поддерж»вать напряжение в пределах, задаваемых порогами порогового блока

15. Поэтому при резком замирании сигнала в канале связи в течение основной части времени переходных процессов автоматического регулятора уровня 2 сигнал на выходе порогового блока 15 (фиг.2г) — логический ноль, Логическая единица на выходе порогового блока 15 формируется только, когда автоматический регулятор 2 уровня находится в установившемся режиме, а также в течение незначительного времени сразу после резких изменений уровня сигнала на выходе канала связи.

Генератор 5 несущей частоты вырабатывает синусоидальный сигнал несущей частоты. На первом и втором выходах блока 8 синхронизации несущей частоты формиру отся два синусоидальных колебания несущей частоты; подстроенных к частоте и фазе принимаемого сигнала, сдвинутых по фазе друг относительно друга на 90 . Sin (N t) и cos (в t), соответственна, где в- круговая несущая частота, В модуляторах 3 и 4 входной амплитудно-фазоманипулированный сигнал А э1п (в т + ср), где А — амплитуда; p— фаза в данном тактовом интервале, умно>кается на синусоидальные колеба ия эмап (в t) и

cos (в t), В результате на выходах первого 3 и второго 4 модуляторов в данном тактовом интервале (при отсутствии шума) образу отся сигналы соответственно

А sin (вt+p) sin (вt) = — (cos p—

А

2 — cos (2u>t+ p));

А sin (в т+ p) cos (в ) = — (sin p+

А

+ э и (2 в t + p)).

В фильтрах 6 и 7 нижних частот отфильтровываются вибрационные члены (с удвоенной частотой). Поэтому в конце данного тактового интервала на выходах первого 6 и второго 7 фильтров нижних частот (при отсутствии шума) сигналы пропорциональны, соответственно: А cos iр и А sin p

Блок 8 синхронизации несущей частоты производит подстройку своих выходных синусоидальных сигналов к частоте и фазе несущей частоты принимаемого сигнала под действием сигналов с выходов фильтров 6 и 7 нижних частот. Блок 9 тактовой синхронизации производит подстройку тактовых импульсов тактового генератора 10 к моментам концов тактовых интервалов принимаемого сигнала под действием сигналов с выходов фильтров 6 и 7 нижних частот. При

55 этом когда на четвертых входах блока 8 синхронизации несущей частоты и блока 9 тактовой синхронизации присутствует сигнал логической единицы, вычисление сигнала ошибки несущей частоты, который используется для подстройки несущей частоты, а также вычисление тактовой ошибки, которая используется для подстройки тактовых импульсов, производится с учетом как фазы, так и амплитуды сигналов на выходах фильтров 6 и 7 нижних частот, Если на четвертых входах блока 8 синхронизации несущей частоты и блока 9 тактовой синхронизации присутствует сигнал логического нуля, та вычисление ошибки несущей частоты и тактовой ошибки происходит с учетом только фазы, независимо от амплитуды, Это привадит к тому, что в течение времени переходного процесса в автоматическом регуляторе

2-го уровня, когда уровень сигнала на его выходе не соответствует установившемуся значению, подстройка несущей частоты и. тактовых импульсов происходит независимо от уровня сигнала и, следовательно, не происходит срыв синхронизации несущей частоты или синхронизации тактовых импульсов, которые могли быть вызваны резким замиранием сигнала в канале связи.

В конце тактового интервала, в момент прихода на третьи входы амплитудно-фазового и фазового решающих блоков 11 и 12 тактового импульса, на первые и вторые входы решающих блоков 11 и 12 приходят сигналы, пропорциональные, еслл не учитывать шум, величинам А cos p и А sin p соответственно, где А —; p — фаза амплитудно-фазоманипулированного сигнала в рассматриваемом тактовом интервале. Сигналы на первых и вторых входах решающих блоков 11 и 12 в конце тактового интервала обозначим X u Y соответственно.

Их можно представить точкой на фазовол плоскости (ось абсцисс — X, ординат — Y).

При отсутствии помех пара (X, Y) точно соответствует одной из передаваемых точек созвездия сигналов. Пример созвездия передаваемых сигналов, изабраженнь .х на фазовой плоскости, соответствующий рекамендац.ли Ml(KTT К29 при скорости передачи данных по телефонному каналу 7,2 кбит/с, показан на фиг,3а. Особенностью данного созвездия сигналов является то, что среди передаваемь.х сипгалов нет отличающихся только по амплитуде, а все сигналы отличаются друг от друга по сдвигу фазы, Если помехи в канале связи присутствуют, то реальные пары сигналов (X, Y) формируют вокруг идеальных сигнальных точек на фазовой плоскости сигнальные пят1.у 5P g!) Q

30

40 на, тем более размытые, чем больше дисперсия шума. В случае, когда автоматический регулятор 2-го уровня находится в установившемся режиме. центр я сигнальных пятен принимаемых пар (Х, Y) практически совпадают с точками созвездия передаваемых сигналов. В этом случае минимальная вероятность ошибки достигается, когда принятая пара относится к тай из сигнальных точек, к которой принятая точка (Х, Y) ближе. Области решения при таком алгоритме, соответствующие восьми сигнальным тачкам, изображенным на фиг,3а, показаны на фиг.3б. Линии решения — отрезки прямых линий, являющихся серединными перпендикулярами к отрезкам, соединяющим ближайшие сигнальные точки. Решение зависит как от фазы р, так и от амплитуды А. Поэтому решающий блок 11, в котором принимается решение в соответствии с рассматриваемым алгоритмам, является амплитудно-фазовым. Правило принятия решения для амплитудно-фазового решающего блока 11 следу|ощее: и

i = arg гпах {а;Х+ а;У+ c;), I где I = 1, 2,...,п (и — число различных передаваемых сигналов; на фиг.3 и = 8); аь Ьь c>— постоянные коэффициенты. Это правила означает, что следует вычислить и сумм а Х +

+bi Y + сь а затем выбрать такое 1, для которого эта сумма оказывается (для данных X u

Y) максимальной. Во время переходного процесса в автоматическом регуляторе 2го уровня, вызванного резким изменением уровня сигнала на его входе, амплитуда принимаемой пары сигналов (Х, Y) мажет варьироваться в широких пределах, что приводит к принятию в амплитудна-фазовом решающем блоке 11 большого числа ошибочных решений. Это происходит из-за того, что амплитудно-фазовый решающий блок 11 для одних и тех же значений фазы, пар сигналов(Х, Y) может принимать разные решения, в зависимости ат амплитуды. На, пример, при уменьшении амплитуды вместо сигнала 1 воспринимаются сигналы 2 или 8 (фиг.3б), а при увеличении амплитуды вместо сигнала 2 — сигналы 1 или 3, и т.п. При варьировании в широких пределах амплитуды принимаемой пары сигналов (Х, Y) сигнальные пятна группируются не вокруг сигнальных тачек, а вокруг прямых линий, проходящих через начало vîîðäèíàò и сигнальные точки. При таком расположснии сигнальных пятен минимальная вероятность ошибки достигается в случае, "îãäà линии решения проходят через начало коордлнат (фиг.3в). Такой ал аритм решения не учитываЕт амплитуды А принятой пары (Х.

Y), а решение зависит лишь ат фазы -. Поэтому решающий блок 12, решение а котором п ринимае гся в соответствии с последующим алгоритмом, являетсч ф.-.эавым. Правило принятия решения в фазовом реша ащем блоке 12 следу;ащее:,, i = àãö max {àÕ+ Ь У}, 1 причем отличием правила в решающем б. оке 12 от правила в амплитудно-фазовом реша ощем блоке 11 является равенство нулю всех сь Фазовый решающий блок 12 в случае установившегося режима автоматического регулятора уровня 2 сохраняет работоспособность, однако уступает ".о помехоустойчивости амплитудна-фазаваму решающему блоку 11.

Коммутатор 13 пропускает на выход устройства сигнал решения с выхода амплитудно-фазового решающего блока 11, когда на его первом входе присутствует сигнал логической единицы, и с выхода фазового решающего блока 12 в случае логического нуля, Поэтому в установившемся режиме автоматического регулятора 2 уровня на выходе устройства присутствует сигнал решения, сформированный D амплитудно-фазовом решающем блоке 71, что означает минимум вероятности ошибки. Б течение основного времени переходного процесса в автоматическом регуляторе 2 уровня на выходе устройства присутствует сигнал решения, сформированный в фазанам решающем блоке 12, что сооТВВТСТВУ минимуму вероятности ошибки B условиях меняющейся амплитуды сигнала. Время с момента резкого изменения уровня сигнала на вхадЕ устройства и да срабатывания порогового блока 15, в течение котсрого на выходе устройства формируется пакет ошибок-, определяется инерционностью амплитудного детектора 14 и мало по сравнению с длительностью переходногo процесса в автоматическом регуляторе 2-го уровня. Если D установившемся режиме автоматического регулятора 2-го уровня под действием неблагоприятной информационной последовательности происходит ложное срабатывание порогового блока 15, то в течение небальшога времени на выходе устройства присутствует сигнал решения, сформированный в фазовом решающем блоке 12, что не приводит к сколько-нибудь

=.аметному снижени.о помехоустойчивости устройства, поскольку фазовый реша ащий блок 12 сохраHëåò работоспособность и в установившемся режиме, 1758900

Формула изобретения

Устройство для приема амплитудно-фазоманипулированных сигналов, содержащее полосовой фильтр, вход которого является входом устройства, а выход поло- 5 сового фильтра соединен с входом автоматическвго регулятора уровня, выход которого соединен с первыми- входами пе рвого и второго модуляторов, выход первого модулятора через первый фильтр нижних 10 частот соединен с первыми входами блока синхронизации несущей частоты, блока тактовой синхронизации и.амплитудно-фазового решающего блока, выход второго модулятора через второй фильтр нижних частот соединен I5 с вторыми входами блока синхронизации несущей частоты, блока тактовой синхронизации. и амплитудно-фазового решающего блока. третий вход которого соединен с вы.ходом блока тактовой синхронизации, тре- 20 тий вход которого соединен с выходом тактового генератора, а также генератор несущей частоты, выход которого соединен с третьим входом блока синхронизации несущей частоты, выходы которого соединены с вторыми входами соответствующих модуляторов,отл ича ю щееся тем,что,с целью повышения помехоустойчивости при резких замираниях сигнала, введены амплитудный детектор, пороговый блок, коммутатор и фазовый решающий блок, причем выход автоматического регулятора уровня через последовательно соединенные амплитудный детектор и пороговый блок соединен с четвертыми входами блока синхронизации несущей частоты и блока тактовой синхронизации и с первым входом коммутатора. второй вход которого соединен с выходом амплитудно-фазового решающего блока, выход первого фильтра нижних частот соединен с первым входом фазового решающего блока, второй и третий входы которого соединены соответственно с выходами блока тактовой синхронизации и второго фильтра нижних частот, выход фазового решающего блока соединен с третьим входом коммута- . тора. выход которого является выходом устройства.

1758900

О 4г

Составитель Д. Копылов

Техред M.Моргентал

Редактор Н. Швыдкая

Корректор M. Демчик

Производственно-издательский комбинат Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 3013 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5