Способ помехоустойчивого приема двоичных фазоманипулированных на 180° сигналов

 

Предлагаемый новый способ помехоустойчивого приема двоичных фазоманипулированных на 180^o радиосигналов может применяться как на радиолиниях, так и на проводных линиях связи, работающих с фазовой манипуляцией колебаний несущей частоты. Целью этого изобретения является достижение наивысшей помехоустойчивости приема двоичных фазоманипулированных (ФМ) на 180^o радиосигналов посредством компенсации помех при приеме. Указанная цель изобретения достигается тем, что два фазоразнесенных канала образуются так, что продетектированные выходные напряжения канальных фазовых детекторов оказываются взаимно противоположной полярности, а общее выходное напряжение демодулятора получается посредством их взаимного вычитания вместе с помехами в вычитающем устройстве. В результате этого взаимно инверсные канальные напряжения сигнала после вычитающего устройства на общем выходе демодулятора складываются по абсолютной величине, и напряжение сигнала увеличивается, а униполярные канальные напряжения сигнала после вычитающего устройства на общем выходе демодулятора складываются по абсолютной величине, и напряжение сигнала увеличивается, а униполярные канальные помеховые напряжения взаимно вычитаются, и общее напряжение помехи уменьшается, т.е. на выходе приемника увеличивается отношение сигнал-помеха и повышается помехоустойчивость приема информации. Предлагаемый новый способ приема позволяет обнаружить возможные ошибки при приеме, возникающие по действием помех и связанные с изменением полярности одного, любого из двух, продектированного напряжения канального фазового детектора, т. е. связанные с однополярными выходными напряжениями канальных фазовых детекторов; при этом достигается возможность осуществлять контроль качества канала связи. 1 ил.

Способ помехоустойчивого приема двоичных фазоманипулированных сигналов посредством фазорасщепления их в приемном устройстве на два фазоразнесенных одночастотных канала с использованием двухканального фазового демодулятора с двумя фазовыми детекторами с инверсными продетектированными выходными напряжениями сигналов с вычитанием этих напряжений вместе с помехами в вычитающем устройстве на выходе двухканального фазового демодулятора и с компенсацией помех, а также с возможностью обнаружения большей части возникающих ошибок.

Целью этого изобретения является достижение наивысшей помехоустойчивости приема дискретных двоичных фазоманипулированных на 180^o радиосигналов как на радиолиниях, так и на проводимых линиях связи посредством компенсации помех, а также возможности обнаружения большинства возникающих ошибок даже без применения корректирующих кодов.

Возможная схема осуществления предлагаемого способа приведена на чертеже.

Указанная цель изобретения достигается тем, что в приемном устройстве на выходе главного тракта приемника 1 принимаемые фазоманипулированные /ФМ/ радиосигналы разветвляются и фазорасщепляются с помощью соответствующего фазирования в фазовращателях 3, 4 опорных колебаний, получаемых от блока формирования опорного колебания 2, на два фазоразнесенных одночастотных /т. е. действующих на одной радиочастоте/ канала, и при этом используется двухканальный фазовый демодулятор с фазовыми детекторами 5, 6 в каждом канале и вычитающим устройством 7 на его выходе. Далее следует формирователь принимаемых двоичных сигналов 8, сигналы с которого поступают получателю сообщения 9. Предлагаемый способ приема предоставляет возможность обнаруживать большую часть возможных ошибок при приеме двоичной информации, поэтому для этой цели в схему дополнительно может быть включено устройство обнаружения возможных ошибок 10, с выхода которого сигнал о возможной ошибке тоже поступает получателю сообщения 9. Отмечу, что при этом открывается возможность слежения за уровнем отношения сигнал-помеха на приемном конце канала связи, т. е. возможность контроля качества канала связи, так как большое количество ошибок в приеме информации будет свидетельствовать о низком отношении сигнал-помеха в приемнике и о плохом качестве данного канала связи.

Отличием предлагаемого нового способа приема от уже известного технического решения [1] которое может быть выбрано в качестве прототипа, является то, что при осуществлении изобретенного этого способа приема два фазоразнесенных канала создаются так, что выходные продетектированные напряжения их фазовых детекторов должны быть инверсными, т.е. взаимно противоположной полярности, а общее выходное напряжение демодулятора получается посредством их взаимного вычитания вместе с помехами в вычитающем устройстве. Для этого на первый фазовый детектор (ФД-1) 5 подается опорное колебание, сдвинутое по фазе на 45^oC относительно вектора принимаемого радиосигнала, соответствующего одному двоичному символу, например "1". А на второй фазовый детектор (ФД-2) 6 в то же время подается опорное колебание, сдвинутое по фазе на 135^o относительно того же сигнального вектора, т.е. сдвинутое на 90^o относительно опорного колебания для ФД-1 5. Поэтому фазовращатели 3 и 4 должны осуществлять фазовые сдвиги на 45^o и 90^o соответственно, так что общий фазовый сдвиг второго опорного колебания для ФД-2 6 составит требуемые 135^o относительно рассматриваемого сигнального вектора. Отмечу, что указанные фазовые сдвиги в 45^o и 135^o могут быть и отрицательными, т.е. осуществленными в противоположном направлении, это не важно; главное, чтобы они по абсолютной величине составляли именно эти величины в 45^o и 135^o соответственно, и чтобы фазовый угол между ними был 90^o. В этом случае получим разнополярные продетектированные напряжения на выходах фазовых детекторов, причем? вычитая второе продетектированное напряжение из первого, получим на выходе вычитающего устройства 7 видеоимпульс положительной полярности, соответствующий упомянутому двоичному символу "1". Докажу это. Действительно, продетектированное напряжение на выходе фазового детектора определяется формулой [2, с. 214] где U_м.с амплитуда напряжения принимаемого сигнала на выходе ФД; K_д коэффициент передачи диодного детектора, примем ϕ фазовый угол между принимаемым и опорным сигналами.

Поэтому на выходе ФД-1 при v₁ 45^o получим а на выходе ФД-2, для которого в этом же случае ϕ₂ 135^o, находим т.е. получаем разнополярные выходные напряжения.

Вычитая второе из первого, найдем общее выходное напряжение на выходе двухканального фазового демодулятора

Таким образом, в рассматриваемом случае на выходе двухканального демодулятора действительно получаем положительное напряжение, соответствующее двоичному символу "1".

При передаче двоичного символа "0" фаза радиосигнала изменяется на 180^o. Поэтому фазовый угол между напряжением радиосигнала и опорным колебанием для ФД-1 теперь будет 180^o 45^o 135^o; а между напряжением радиосигнала и опорным колебанием для ФД-2 будет 180^o - 135^o 45^o.

Найдем теперь продетектированное напряжение на выходе ФД-1

затем на выходе ФД-2

и затем общее выходное напряжение демодулятора после вычитания

В данном случае общее выходное напряжение двухканального демодулятора получается отрицательной полярности, что соответствует двоичному символу "0".

Таким образом, при предлагаемом способе приема двоичных ФМ сигналов на выходах фазовых детекторов двух образуемых фазоразнесенных каналов приема получаем инверсные, разнополярные импульсные напряжения (т.е. видеоимпульсы, можно еще сказать, противофазные по низкой частоте видеоимпульсы), причем, вычитая одно из другого с учетом их противоположной полярности, получим после вычитающего устройства на общем выходе двухканального демодулятора удвоенное напряжение сигнала канального фазового детектора в соответствующей полярности, т.е. получим сложение по абсолютной величине напряжений применяемого сигнала, поступающих по двум образуемым фазоразнесенным канала двухканального демодулятора.

Рассмотрим теперь прохождение помех и смеси сигнала с помехой через двухканальный демодулятор при предлагаемом новом способе приема.

Амплитудные аддитивные помехи проходят через оба канала двухканального демодулятора одинаково, изменяя амплитуды выходных продетектированных сигналов фазовых детекторов в одну и ту же сторону. Но в вычитающем устройстве они вычитаются, оставаясь однополярными, т.е. подавляются, взаимно компенсируются. Действительно, рассмотрим прохождение смеси сигнала с такой помехой. При этом на выходе фазового детектора ФД-1 получим суммарное напряжение при приеме символа "1"

где
U_с.вых.1 напряжение сигнала на выходе ФД-1;
U_п.вых.1 напряжение помехи на выходе ФД-1;
U_п.вх. напряжение помехи на выходе каждого ФД.

А на выходе второго фазового детектора ФД-2 получим

где соответствующие обозначения относятся к выходу ФД-2.

При этом общее выходное напряжение двухканального фазового демодулятора после вычитающего устройства будет равно

т. е. помехи взаимно вычитаются, компенсируются, а напряжение сигнала складывается по абсолютной величине и увеличивается. Так будет и при приеме символа "0". Это приводит к более высокой помехоустойчивости данного изобретенного способа приема двоичных ФМ сигналов по сравнению со всеми другими известными способами приема, так как в известных способах приема двоичных ФМ сигналов, передаваемых на одной несущей частоте, не происходит взаимного вычитания и компенсации помех при приеме тоже только на одной частоте.

Рассмотрим теперь влияние помех, воздействующих на фазу принимаемого сигнала. Здесь надо рассмотреть разные случаи. Во-первых, если возникающий из-за действия помехи дополнительный фазовый сдвиг принимаемого сигнала не превышает по модулю 45^o, то действие такой помехи не приводит к изменению полярностей выходных напряжений канальных фазовых детекторов ФД-1 и ФД-2, т. е. они будут оставаться противоположной полярности. При этом привращения выходных напряжений обоих фазовых детекторов вследствие действия помехи будут одного знака, хотя и несколько различными по величине. А с учетом того, что одно выходное напряжение ФД вычитается из другого, найдем, что в этом случае помеха будет в большой мере скомпенсирована, подавлена. Частичная компенсация и подавление фазовых помех будут сохраняться и при более значительных отклонениях фазы принимаемого сигнала, в частности до значения 90^o, вследствие сохранения характера, знака приращений выходных напряжений фазовых детекторов при таких фазовых отклонениях.

При отклонениях фазы сигнала на угол в пределах от 45^o до 135^o возможно изменение полярности видеоимпульса на выходе одного из фазовых детекторов, т.е. возможна ошибка в приеме элементарной информационной посылки в одном из фазорасщепленных, созданных в приемном устройстве параллельных фазовых каналов. Однако часть этих ошибок, соответствующая фазовым отклонениям от 45^o до 90^o, будет скомпенсирована в вычитающем устройстве в связи с тем что, как указано выше, при таких фазовых отклонениях продолжает действовать частичная компенсация и подавление фазовых помех. Кроме того, все эти ошибки, связанные с изменением полярности видеоимпульса на выходе одного, любого из двух, фазового детектора, могут быть обнаружены при возможном включении в приемное устройство дополнительного устройства обнаружения ошибок, в качестве которого может использоваться, например, схема совпадений. Дело в том, что при правильном использовании предлагаемого способа приема в правильно работающей системе связи без больших помех, на выходах фазовых детекторов двух образованных в приемнике фазоразнесенных каналов должны получаться разнополярные видеоимпульсы. И только под воздействием помех они могут стать однополярными. При включении в приемник устройства обнаружения возможных ошибок оно будет регистрировать однополярные импульсы на выходах фазовых детекторов и сообщать соответствующим сигналом получателю информации о возможных ошибках. Отмечу, что в данном предлагаемом способе приема это делается и (даже) без использования корректирующих кодов, т.е. при безизбыточном кодировании. Одновременно включение этого устройства позволяет регистрировать недостаточное отношение сигнал-помеха в приемном устройстве (при большом количестве возможных ошибок) и, значит следить за качеством канала связи, осуществлять контроль канала связи. И хотя это устройство не всегда отмечает именно ошибку, оно всегда отмечает возможность ошибки на данной позиции, т.е. возможную ошибку, но кроме того оно отмечать недостаточное отношение сигнал-помеха и плохое качество канала связи.

Наконец, при больших отклонениях фазы сигнала от 135^o и более, до 180^o, изменение полярности видеоимпульсов может возникать на выходах обоих фазовых детекторов одновременно, т.е. ошибки могут возникать сразу в двух организованных в приемнике фазоразнесенных каналах, и компенсации помех может не наблюдаться. Но такие глубокие отклонения фазы в работоспособных системах связи с достаточно большим отношением сигнал-помеха очень маловероятны [3, с. 411 415]
Таким образом, в целом предлагаемый новый способ помехоустойчивого приема двоичных фазоманипулированных сигналов позволяет сильно ослабить действие помех, увеличить отношение сигнал-помеха на выходе приемного устройства и тем самым значительно повысить помехоустойчивость, достоверность и надежность систем связи, а также дает возможность осуществлять контроль за качеством канала связи, и все это при безизбыточном кодировании; или, с другой стороны, при той же надежности, достоверности и помехоустойчивости передачи информации существенно уменьшить уровень сигнала и, следовательно, снизить потребляемую системами связи мощность и энергию.

Источники информации
1. SU, авт. св. N 518741, кл. G 01 R 29/26, 1976.

2. Радиоприемные устройства. Под ред. Зюко А.Г. М. Связь, 1975, 400 с. (с. 214).

3. Левин Б.Р. Теория случайных процессов и ее применение в радиотехнике М. Сов. радио, 1960, 663 с. (с. 411 415).

Формула изобретения

Способ помехоустойчивого приема двоичных фазоманипулированных на 180^o сигналов, заключающийся в том, что в приемном устройстве принимаемые сигналы фазорасщепляются и разветвляются по двум параллельным фазоразнесенным на 90^o одночастотным каналам, причем векторы опорных напряжений этих каналов составляют фазовые углы по абсолютной величине 45^o для одного канала и 135^o для другого канала с вектором напряжения принимаемого сигнала, и используется двухканальный фазовый демодулятор с двумя фазовыми детекторами, по одному в каждом канале, отличающийся тем, что два фазоразнесенных канала образуются так, что продетектированные выходные напряжения канальных фазовых детекторов сказываются взаимно противоположной полярности, а общее выходное напряжение демодулятора получается посредством их взаимного вычитания вместе с помехами в вычитающем устройстве.

РИСУНКИ

Рисунок 1