Формирователь опорного колебания для детектирования фазоманипулированных сигналов

 

Изобретение относится к области приема радиосигналов с абсолютной фазой манипуляцией /ФМ_н/ на 180^o и может быть использовано в спутниковых, радиорелейных цифровых системах связи, передаче дискретной информации по проводным каналам и др. Изобретение решает проблему исключения "обратной работы" при приеме сигналов с абсолютной ФМ_н на 180^o, что обеспечивает выигрыш в помехоустойчивости приема на 2-3 дБ по сравнению с относительной ФМ_н на 180^o. Для этого введены новые операции формирования и выделения колебания несущей частоты из ФН_н сигнала и дополнительная - умножение частоты. Соответственно изменены блоки в известном устройстве и их связи. 1 ил.

Изобретение относится к области приема радиосигналов с абсолютной фазовой манипуляцией (ФМ_Н) на 180^o.

Известны устройства формирования опорного колебания по сигналу с абсолютной ФМ_Н на 180^o для детектирования этого же сигнала: детектор Пистолькорса А.А., Сифорова В.И., Агеева Д.В., Костаса Д., которые хорошо освещены в литературе, например, в [1-3].

По технической сущности наиболее близким к изобретению является детектор Пистолькорса, описанный в [1], который и принимается за прототип изобретения.

Детектор состоит из последовательно включенных удвоителя частоты с фильтром второй гармоники, делителя частоты на 2 с фильтром первой гармоники, фазовращателя, причем вход удвоителя соединен с сигнальным входом фазового детектора, а выход фазовращателя - с опорным входом этого же детектора.

Удвоитель частоты "стирает" ФМ_Н на 180^o, после чего частота сигнала делится в два раза для получения опорного колебания. Но при этом начальная фаза восстановленного опорного колебания может быть 0^o или 180^o. Более того, в процессе работы она может скачком меняться на 180^o под воздействием различных факторов. От этого сигнал на выходе фазового детектора воспринимается в "негативе": нули вместо единиц и наоборот. Это явление называется "обратной работой", которая, как показано в [1], является принципиально неустранимой. Поэтому вместо абсолютной ФМ_Н на 180^o была предложена [1] относительная ФМ_Н (ОФМ_Н) на 180^o, которая уступает ФМ_Н по помехоустойчивости до 3 дБ. При ОФМ_Н к прототипу добавляется декодер для преобразования выходного сигнала из относительного в абсолютный.

Основным недостатком прототипа является снижение помехоустойчивости приема колебаний с ФМ_Н или ОФМ_Н из-за наличия "обратной работы".

Цель изобретения - повышение помехоустойчивости приема ФМ_Н сигналов за счет исключения "обратной работы" при их детектировании.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве, содержащем последовательно включенные удвоитель частоты, фильтр второй гармоники, делитель частоты в 2 раза с фильтром первой гармоники, фазовращатель на 90^o, подключенный своим входом к сигнальному входу фазового детектора, а своим выходом - к опорному входу этого детектора, изменены связи и введены новые блоки: выделитель несущий частоты, второй умножитель частоты, линия задержки, причем входным блоком предложенного устройства является делитель частоты в n раз, который своим выходом подключен к опорному входу фазового детектора через последовательно включенные выделитель несущей, один умножитель частоты в n раз, фазовращатель на 90^o, а к сигнальному входу детектора - через последовательно соединенные второй умножитель частоты в n раз и линию задержки.

Существенным отличием изобретения является изменение порядка операций и совокупность введенных элементов, т. к. только они позволяют сформировать опорное колебание, всегда когерентное колебанию несущей частоты входного ФМ_Н сигнала, и тем самым исключить "обратную работу", повысить помехоустойчивость приема.

При проведении патентных исследований и сравнении заявленного объекта с известными, например, с аналогами в источниках 2, 3, сходных и эквивалентных признаков не обнаружено. Во всех аналогах опорное колебание формируется путем полного "стирания" ФМ_Н на 180^o, чего нет в заявленном устройстве. Следовательно, изобретение соответствует критерию "существенные отличия", а также обладает новизной.

На чертеже представлена структурная схема заявленного устройства.

Оно состоит из делителя частоты 1, выделителя несущей 2, умножителей частоты 3, 4, линии задержки 5, фазовращателя на 90^o 6, фазового детектора 7, причем первый блок 1 соединен своим выходом с опорным входом детектора 7 через последовательно включенные блоки 2, 4, 6, а с его сигнальным входом - через последовательно включенные блоки 3, 5. Собственно формирователь опорного когерентного колебания включает блоки 1-6.

Работа устройства происходит следующим образом.

Входной ФМ_Н сигнал u(t) = U_osin[ω_ot+γ(t)·Δϕ] в блоке 1 делится по частоте в n раз. Для упрощения описания работы будем полагать, что функция γ(t), определяющая закон изменения фазы Δϕ, периодическая с периодом T, равным удвоенному значению длительности элементарного символа τ_o, (T = 2τ_o), т. е.

Разложение γ(t) в ряд Фурье показывает, что и поэтому на выходе блока 1 имеет место колебание Видно, что при ФМ_Н на 180^o, т.е. при Δϕ = 90°, входной сигнал (n=1) не содержит колебание несущей частоты, т. к. cos 90^o = 0. В блоке 1 в n раз делится не только частота, но и начальная фаза Δϕ, в результате чего в спектре появляется колебание несущей частоты ω_o/n, т.к. cos(Δϕ/n) ≠ 0. Например, при n = 2 значение cosΔϕ/n = cos 45^o = 0,707 и колебание несущей частоты имеет амплитуду 0,707 U_o. При этом структура ФМ_Н сигнала не разрушается и сохраняется жесткая синфазность с U_н(t), что исключает "обратную работу". Блок 2 выделяет колебание U_н(t), которое затем умножается по частоте в n раз в блоке 4 и поворачивается по фазе на 90^o в блоке 6, в результате чего на опорном входе детектора 7 имеет место колебание U₆(t) = U_ocos(Δϕ/n)sin(ω_ot+90°). На сигнальный вход этого детектора поступает колебание U₅(t) = U_osin[ω_ot+Δϕγ(t)]. Оно получено в результате прохождения сигнала с блока 1 через умножитель частоты 3 в n раз и линию задержки 5, которая выравнивает временные сдвиги сигналов на входах блока 7. Фазовый детектор 7 представляет собой перемножитель сигналов с ФНЧ на его выходе. На выходе перемножителя колебание На выходе ФНЧ выделяется только первое слагаемое, которое является переданным сигналом.

Подключать вход блока 5 к входу блока 1 нецелесообразно, т.к. в последнем могут быть скачки фазы на 180^o. Можно исключить умножители частоты 3, 4, т. е. выделять опорное колебание на частоте ω_o/n и осуществлять на ней фазовое детектирование.

Отметим, что в первом блоке прототипа - удвоителе частоты фазовая манипуляция стирается полностью, т.е. сигнал разрушается, имея структуру выходного сигнала двухполупериодного выпрямителя. Поэтому сформированная несущая из разрушенного сигнала не имеет жесткой когерентности с ФМ_Н сигналом, отчего и происходит "обратная работа". В предложенном формирователе другие связи блоков и первым из них является делитель частоты, а на удвоитель. Поэтому ФМ_Н сигнал не разрушается, а только уменьшается его девиация фазы, в результате чего появляется колебание несущей частоты, жестко синфазное с ФМ_Н сигналом. Последнее и исключает "обратную работу".

Технико-экономическим эффектом изобретения является увеличение помехоустойчивости связи на 2-3 дБ за счет исключения "обратной работы".

Литература 1. Петрович Н.Т. Передача дискретной информации в каналах с фазовой манипуляцией.- М.: Советское радио, 1965.

2. Пенин П.И. Системы передачи цифровой информации.- М.: Советское радио, 1976, с. 155-170.

3. А.с. СССР 82598, приоритет от 15 октября 1948.

Формула изобретения

Формирователь опорного колебания для детектирования фазоманипулированных сигналов, содержащий делитель частоты, первый умножитель частоты, фазовращатель на 90^o, выход которого подключен к опорному входу фазового детектора, отличающийся тем, что введены выделитель несущей частоты и последовательно соединенные второй умножитель частоты и линия задержки, причем входом формирователя является вход делителя частоты, выход которого через последовательно соединенные выделитель несущей частоты и первый умножитель частоты соединен с входом фазовращателя на 90^o, выход делителя частоты соединен с входом второго умножителя частоты, выход линии задержки соединен с сигнальным входом фазового детектора.

РИСУНКИ

Рисунок 1