Адаптивное устройство разделения неортогональных сигналов двоичной фазовой манипуляции

 

Изобретение относится к радиотехнике. Адаптивное устройство содержит три перемножителя 1, 2, 3, два блока формирования опорных колебаний 4, 5, три фильтра нижних частот 6, 7, 8, два усилителя-ограничителя 9, 10, два вычитающих блока 11, 12, два решающих блока 13, 14, один амплитудный детектор 15, один компаратор 16, один ключ 17. 5 ил. 1 табл.

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в радиосвязи и в других отраслях, где необходимо обеспечение помехоустойчивого приема взаимомешающих двоичных фазоманипулированных (ФМ) сигналов, характеризующихся прерывистым режимом излучения, т.е. конфликтующих.

Известны устройства, предназначенные для повышения помехоустойчивости приема сигналов амплитудной и (или) фазовой манипуляции. Недостатком этих устройств является то, что их использование не позволяет обеспечить помехоустойчивый прием двух взаимомешающих сигналов ФМ, характеризующихся прерывистым режимом излучения.

Известно также устройство, предназначенное для защиты при приеме амплитудно-манипулированных сигналов от мощных импульсных и узкополосных помех. Однако это устройство также не позволяет обеспечить одновременный прием двух сигналов фазовой манипуляции, характеризующихся прерывистым излучением.

Наиболее близким по технической сущности к предложенному устройству является адаптивное устройство разделения неортогональных сигналов двоичной фазовой манипуляции, которое содержит первый, второй и третий перемножители, первый и второй блоки формирования опорных колебаний; первый, второй и третий фильтры нижних частот, первый и второй усилители-ограничители, первый и второй вычитающие блоки, первый и второй решающие блоки.

В основу работы устройства положен компенсационный принцип.

Недостатком прототипа является следующее. Адаптивное устройство разделения неортогональных сигналов двоичной фазовой манипуляции позволяет эффективно разделять взаимомешающие ФМ-сигналы, существенно повышая помехоустойчивость приема. Однако при временном пропадании одного из принимаемых ФМ-сигналов вероятность ошибки при приеме оставшегося сигнала значительно (на несколько порядков) возрастает. Последнее объясняется тем, что компенсирующее напряжение U_k1(U_k2) в устройстве формируется непрерывно в предположении постоянного присутствия обоих двоичных ФМ-сигналов. Это приводит к ошибкам приема одного сигнала (например, первого) при временном пропадании другого (например, второго).

Целью изобретения является повышение помехоустойчивости приема двух взаимомешающих сигналов двоичной фазовой манипуляции с прерывистым характером их излучения.

Указанная цель достигается тем, что в адаптивное устройство разделения неортогональных сигналов двоичной фазовой манипуляции, содержащее первый 1, второй 2 и третий 3 перемножители, первый 4 и второй 5 блоки формирования опорных колебаний, первый 6, второй 7 и третий 8 фильтры нижних частот, первый 9 и второй 10 усилители-ограничители, первый 11 и второй 12 вычитающие блоки, первый 13 и второй 14 решающие блоки, причем первые входы первого и второго перемножителей объединены с входами первого и второго блоков формирования опорных колебаний и являются входом деконфликтора, выходы первого и второго блоков формирования опорных колебаний подключены к вторым входам первого и второго перемножителей соответственно, а также подключены к первому и второму входам третьего перемножителя соответственно, выходы первого и второго перемножителей подключены к входам первого и второго фильтров нижних частот соответственно, выход третьего перемножителя подключен к входу третьего фильтра нижних частот, выход которого одновременно подключен к вторым входам первого и второго усилителей-ограничителей соответственно, выходы первого и второго фильтров нижних частот подключены к первым входам первого и второго усилителей-ограничителей соответственно, а также к первым входам первого и второго вычитающих блоков соответственно, второй вход второго вычитающего блока подключен к входу первого усилителя-ограничителя, выходы первого и второго вычитающих блоков подключены к входам первого и второго решающих устройств соответственно, выходы решающих устройств являются также выходами деконфликтора, дополнительно введены амплитудный детектор 15, компаратор 16, ключ 17. Причем вход амплитудного детектора соединен с выходом первого фильтра нижних частот, а выход с первым входом компаратора, выход компаратора соединен с вторым входом ключа и вторым входом второго решающего устройства, первый вход ключа соединен с выходом второго усилителя-ограничителя, а выход с вторым входом первого вычитающего блока.

На фиг.1 представлена структурная схема предлагаемого устройства разделения сигналов двоичной фазовой манипуляции с прерывистым характером их излучений; на фиг.2 амплитудные характеристики усилителя-ограничителя для различных значений управляющего напряжения 2R₁₂, пропорционального коэффициенту взаимного различия разделяемых сигналов; на фиг.3 амплитудная характеристика усилителя-ограничителя для одного фиксированного значения 2R₁₂.

Устройство работает следующим образом.

В основу работы устройства положен принцип обнаружения двоичного ФМ-сигнала, отличающегося прерывистым характером излучения, с последующей его компенсацией на выходе только при условии обнаружения.

Предлагаемое устройство на текущем тактовом интервале формирует не только компенсирующее напряжение, но и принимает решение о наличии или отсутствии ФМ-сигнала. В конце каждого тактового интервала принимается решение о необходимости осуществления компенсации и производится компенсация мешающего влияния ФМ-сигнала.

Пусть на текущем тактовом интервале длительности T(T t_k-t_k-1, где k 1,2,3. номер текущего тактового интервала), на выходе устройства присутствует аддитивная смесь двух двоичных ФМ-сигналов Q(r₁)x x S₁(t) и Q(r₂) ^. S₂(t) и белый гауссовский шум n(t) y(t) Q(r₁) ^. S₁(t) + Q(r₂) ^.S₂(t) + n(t), (1a) где S₁(t) и S₂(t) несущие колебания первого и второго цифровых сигналов, соответственно; r₁ и r₂ их дискретные информационные параметры; Q(r) функция дискретного информационного параметра, введенная для описания закона манипуляции Q(r) - Математическая модель передаточной функции фильтров нижних частот 6,7,8 описывается интегратором со сбросом в моменты времени t_k, k= 1,2,3, и с коэффициентом передачи, равным 2/N_o, где N_o односторонняя спектральная плотность мощности белого шума h(t). Тогда на выходе первого фильтра нижних частот 6 в конце К-го интервала будет присутствовать напряжение, пропорциональное величине b₁ Q(r₁)h²₁ + Q(r₂) 2R₁₂ + n₁ (2) Соответственно на выходе второго фильтра нижних частот 7 напряжение, пропорциональное величине b₂ Q(r₂)h²₂ + Q(r₁)2R₁₂ + n₂ (3) В выражениях (2) и (3) приняты обозначения
h²₁ S²₁(t)dt h²₂ S²₂(t)dt (4)
где h²₁ и h²₂ отношения энергий сигналов S₁(t) и S₂(t) на длительности тактового интервала Т t_k-t_k-1 к спектральной плотности мощности N_oбелого гауссовского шума n(t);
2R₁₂= S₁(t) S₂(t)dt
(5)
отношение взаимной энергии разделяемых сигналов на длительности тактового интервала Tt₁- t_k-1 к спектральной плотности мощности N_oбелого гауссовского шума n(t);
ρ нормированный к единице коэффициент взаимного различия между сигналами;
n₁= n(t) S₁(t)dt n₂= n(t) S₂(t)dt (6)
шумовые случайные составляющие на выходах первого и второго фильтров нижних частот.

Независимо от корреляторов, выполненных на первом 1 и втором 2 перемножителях и первом 6 и втором 7 фильтрах нижних частот, величина 2R₁₂ формируется и на выходе третьего фильтра нижних частот 8, если предположить, что его коэффициент передачи равен 2/N_o (подобно коэффициенту передачи первого 6 и второго 7 фильтров нижних частот).

На выходах первого 11 и второго 12 вычитающих блоков, на выходах и входах первого 13 и второго 14 решающих блоков будут присутствовать величины напряжений, определяемые конкретными возможными комбинациями передаваемых дискретных сообщений r₁ и r₂ . Все возможные комбинации величин на входах и выходах блоков устройства (фиг.4) представлены в таблице. Здесь приняты следующие обозначения: y(t) аддитивная смесь двух двоичных ФМ-сигналов Q(r₁)S₁(t) и Q(r₂)S₂(t) и белого гауссовского шума h(t), столбец 3; b₁ и b₂ величины напряжения на выходах первого 6 и второго 7 фильтров нижних частот, столбцы 4 и 5 соответственно; U_k1 и U_k2 величины компенсирующего напряжения на выходах второго 10 и первого 9 усилителей ограничителей, столбцы 6 и 7 соответственно; B*₁ и B*₂ величины напряжения на входах первого 13 и второго 14 решающих блоков в устройстве прототипа, столбцы 8 и 9 соответственно; r*₁ и r*₂ решения, принимаемые устройством-прототипом на основании анализа первым 13 и вторым 14 решающими блоками величин напряжений B*₁ и B*₂ на их входах, представлены в столбцах 10 и 11 соответственно; величина напряжения с выхода амплитудного детектора 15 в сравнении с напряжением R₁₂ представлена в столбце 12; решение компаратора 16 Х по результатам сравнения U_ад| и R₁₂ представлено в столбце 13; состояние ключа 17 (3 "замкнут" и Р "разомкнут") представлено в столбце 14, В₁** и В₂** величины напряжения на входах первого 13 и второго 14 решающих блоков в предлагаемом устройстве представлены в столбцах 15 и 16 соответственно; r₁** и r₂** решения о дискретных параметрах r₁ и r₂ , передаваемых сигналов S₁(t) и S₂(t), принимаемые предлагаемым устройством на основании анализа первым 13 и вторым 14 решающими блоками величин напряжений В₁** и B₂** на их входах представлены в столбцах 17 и 18 соответственно.

Рассмотрим характерный случай, когда один из сигналов, например S₂(t), будет отсутствовать на данном тактовом интервале Т t_k-t_k-1. В предлагаемом устройстве принято, что мгновенная мощность второго сигнала превышает мгновенную мощность первого, а сигналы S₁(t) и S₂(t) близки по структуре ( ρ ≃ 1) так, что
h²₂ > 4R₁₂ и 2R₁₂ > 2h²₁ (7)
В рассматриваемом случае на входе устройства будет наблюдаться сигнал, определяемый выражением (см.3-ю строку табл.1):
y(t) S₁(t) + n(t), (8) что эквивалентно передаче дискретных сообщений r₁ и r₂ со значениями r₁= 0, r₂2. Тогда на выходе первого фильтра нижних частот 6 на основании выражения (2) будет сформировано напряжение b₁ h²₁ + +n₁, а на выходе второго фильтра нижних частот 7 согласно выражению (3) b₂2R₁₂ + n₂.

Из рассмотрения амплитудных характеристик усилителей-ограничителей 9, 10 следует выражение для определения напряжения компенсации
U_ki= i (9)
Из условия (7) в данном случае на выходах усилителей-ограничителей будут соответственно величины напряжения, определяемые выражениями
U_k1 2R₁₂ + n₂; U_k2 h²₁ + n₁
На выходе первого решающего блока 13 напряжение будет определяться выражением
B₁ b₁ U_k1 h²₁ 2R₁₂ + n₁ n₂ < 0,
(10а) если ключ 17 будет замкнут, или выражением
B₁ b₁ h²₁ + n₁ > 0, (10б) если ключ 17 будет разомкнут.

При определении знаков в неравенствах (10а) и (10б) предполагается, что шумовые случайные составляющие n₁, n₂ на выходах фильтров нижних частот 6, 7 достаточно малы, чтобы ими с большой достоверностью пренебречь, кроме того, учтено условие (7).

Алгоритм работы первого решающего блока 13 описывается соотношением
r^*₁
Амплитудная характеристика первого решающего устройства 13 представлена на фиг. 4. Иными словами, первое решающее устройство имеет амплитудную характеристику усилителя-ограничителя с зоной нечувствительности.

Если ключ 17 в рассматриваемом случае будет замкнут, т.е. устройство работает как прототип, то принятое устройством решение r*₁будет ошибочным (см. столбцы 1 и 10 таблицы).

Однако в предлагаемом устройстве для рассматриваемого случая напряжение с выхода амплитудного детектора 15 U_ад оказывается меньшим напряжения R₁₂ на втором входе компаратора 16. Компаратор 16 работает по правилу: на его выходе устанавливается уровень логической единицы, если напряжение R₁₂ меньше напряжения на выходе амплитудного детектора, и логического нуля, если напряжение R₁₂ окажется большим. В данном случае на выходе компаратора устанавливается "0". Выходной сигнал компаратора является управляющим для ключа 17. При поступлении на управляющий вход ключа 17 сигнала "0" он размыкается, и решение r₁** будет правильным.

Второе решающее устройство 14 имеет второй приоритетный вход, соединенный с выходом компаратора 16. При поступлении на этот вход сигнала логического "0" решающим устройством 14 принимается решение r₂** 2, тогда как в устройстве-прототипе в рассматриваемом случае принимается ошибочное решение (см. таблицу). Логическая часть схемы решающего устройства 14 представлена на фиг.5. Когда на приоритетном входе присутствует сигнал "1", решающее устройство 14 работает по алгоритму решающего устройства прототипа.

Рассмотрим другой характерный случай, когда сигнал меньшей мощности S₁(t) будет отсутствовать. В предлагаемом устройстве, как и в прототипе, отсутствие "слабого" сигнала никак не сказывается на приеме "сильного" сигнала. Однако в устройстве-прототипе в этом случае принимается неустойчивое решение о передаваемом значении r₁, так как напряжение на входе первого решающего устройства оказывается на уровне шумов n₁ n₂ и в условиях используемого алгоритма работы может быть принята "1" или "0". В предлагаемом устройстве этот недостаток устраняется использованием в качестве решающего устройства усилителя-ограничителя с зоной нечувствительности. Когда напряжение на входе мало на уровне шумов n₁-n₂ принимается решение r₁** 2.

Предлагаемое устройство обладает новыми полезными признаками, так как в отличие от устройства разделения неортогональных сигналов двоичной фазовой манипуляции, способного разделять только постоянно присутствующие на входе устройства двоичные сигналы, различающиеся по мощности, оно способно эффективно принимать двоичные сигналы фазовой манипуляции, характеризующиеся прерывистым характером излучения.

Формула изобретения

АДАПТИВНОЕ УСТРОЙСТВО РАЗДЕЛЕНИЯ НЕОРТОГОНАЛЬНЫХ СИГНАЛОВ ДВОИЧНОЙ ФАЗОВОЙ МАНИПУЛЯЦИИ, содержащее последовательно соединенные первый перемножитель, первый фильтр нижних частот, первый вычитающий блок и первый решающий блок, выход которого является первым выходом адаптивного устройства, последовательно соединенные второй перемножитель, второй фильтр нижних частот, второй вычитающий блок и второй решающий блок, выход которого является вторым выходом адаптивного устройства, первый блок формирования опорных колебаний, выход которого соединен с первыми входами первого и третьего перемножителей, второй вход которого и первый вход второго перемножителя соединены с выходом второго блока формирования опорных колебаний, вход которого, вход первого блока формирования опорных колебаний, вторые входы первого и второго перемножителей соединены и являются входом адаптивного устройства, выход первого фильтра нижних частот соединен с первым входом первого усилителя-ограничителя, выход которого соединен с вторым входом второго вычитающего блока, выход второго фильтра нижних частот соединен с первым входом второго усилителя-ограничителя, выход третьего перемножителя через третий фильтр нижних частот соединен с вторыми входами первого и второго усилителей-ограничителей, отличающееся тем, что, с целью повышения помехоустойчивости приема двух взаимно мешающих сигналов с прерывистым характером излучения, введены последовательно соединенные амплитудный детектор, компаратор и ключ, причем вход амплитудного детектора соединен с выходом первого фильтра нижних частот, выход второго усилителя-ограничителя соединен с вторым входом ключа, выход которого соединен с вторым входом первого вычитающего блока, выход компаратора соединен с вторым входом второго решающего блока.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7