Устройство для приема сигналов с минимальной угловой модуляцией

 

Изобретение относится к радиотехнике. Технический результат заключается в повышении верности приема сигнала. Сущность изобретения в том, что устройство содержит синхронизатор, первый и второй корреляторы, первое и второе устройства выборки/хранения, блок вычитания, сумматор, коммутатор, компаратор и относительный декодер. 5 ил.

Изобретение относится к электросвязи, а именно к цифровой радиосвязи, и может быть использовано в системах передачи сигналов с минимальной угловой модуляцией без разрыва фазы.

Известно устройство для приема частотно-манипулированных сигналов (Финк Л.М. Теория передачи дискретных сообщений. - М.: Сов. радио, 1970, с.155-156), содержащее синхронизатор, первый и второй корреляторы, первый и второй блоки вычисления модуля сигнала, блок вычитания, компаратор, тактовый вход которого подключен к тактовому выходу синхронизатора и к тактовым входам первого и второго корреляторов, информационные входы которых соединены с входом устройства, а опорные входы - соответственно с первым и вторым опорными выходами синхронизатора, при этом выход триггера является выходом устройства.

Недостатком известного устройства для приема частотно-манипулированных сигналов является недостаточная верность демодулированных сигналов, т.к. при приеме не учитывается корреляционная связь между символами принимаемых сигналов с минимальной частотной манипуляцией без разрыва фазы. Кроме того, известное устройство не позволяет демодулировать сигналы с минимальной фазовой модуляцией.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для приема частотно-манипулированных сигналов (авт. св. СССР №801298, кл. Н 04 L 27/14, 1981), содержащее синхронизатор, первый и второй корреляторы, информационные входы которых соединены с входом устройства, сумматор, блок вычитания, компаратор и относительный декодер, тактовый вход которого подключен к первому тактовому выходу синхронизатора. Известное устройство также содержит первый и второй блоки вычисления модуля сигнала, дополнительный компаратор, два триггера и первый сумматор по модулю два, при этом относительный декодер выполнен в виде элемента задержки и второго сумматора по модулю два.

Известное устройство обеспечивает более высокую верность при приеме сигналов с минимальной частотной манипуляцией без разрыва фазы за счет учета корреляционной связи между их символами.

Однако, недостатком известного устройства для приема частотно-манипулированных сигналов также является недостаточная верность демодулированных сигналов, т.к. не реализуется оптимальный когерентный прием сигналов с минимальной частотной манипуляцией без разрыва фазы. Кроме того, известное устройство также не позволяет демодулировать сигналы с минимальной фазовой модуляцией.

Для устранения указанных недостатков необходимо обеспечить оптимальный когерентный прием сигналов с минимальной угловой модуляцией (сигналов с минимальной фазовой модуляцией и сигналов с минимальной частотной манипуляцией).

Задачей изобретения является повышение верности при приеме сигналов с минимальной угловой модуляцией.

Достигается решение поставленной задачи тем, что в устройство для приема сигналов с минимальной угловой модуляцией, содержащее синхронизатор, первый и второй корреляторы, информационные входы которых соединены с входом устройства, сумматор, блок вычитания, компаратор и относительный декодер, тактовый вход которого подключен к первому тактовому выходу синхронизатора, введены первое и второе устройства выборки/хранения и коммутатор, выход которого соединен с прямым входом компаратора, инверсный вход которого подключен к нулевой шине, а выход является первым информационным выходом устройства и соединен с информационным входом относительного декодера, выход которого является вторым информационным выходом устройства, синхровыход которого соединен с первым тактовым выходом синхронизатора, вход которого подключен к входу устройства, первый и второй опорные выходы - соответственно к первым и вторым входам сумматора и блока вычитания, выходы которых соединены соответственно с опорными входами второго и первого корреляторов, выходы которых подключены к информационным входам соответственно второго и первого устройств выборки/хранения, выходы которых соединены соответственно с вторым и первым информационными входами коммутатоpa, первый и второй управляющие входы которого подключены к управляющим входам соответственно первого и второго устройств выборки/хранения, к тактовым входам соответственно первого и второго корреляторов и соответственно к второму и третьему тактовым выходам синхронизатора.

Предлагаемое устройство для приема сигналов с минимальной угловой модуляцией реализует оптимальный корреляционный прием сигналов как с минимальной фазовой модуляцией, так и с минимальной частотной манипуляцией, что и обеспечивает повышение верности при приеме сигналов с минимальной угловой модуляцией.

Сравнительный анализ с прототипом показал, что предлагаемое устройство для приема сигналов с минимальной угловой модуляцией включает в себя новые существенные признаки, изложенные в формуле изобретения. Следовательно, техническое решение соответствует критерию "новизна".

Так как требуемый технический результат достигается всей вновь введенной совокупностью существенных признаков, которые в известной патентной и научной литературе на дату подачи заявки не обнаружены, то техническое решение соответствует критерию "изобретательский уровень".

На фиг.1 показана электрическая структурная схема предлагаемого устройства для приема сигналов с минимальной угловой модуляцией, на фиг.2 - временные диаграммы, поясняющие его работу, на фиг.3 - решетчатые диаграммы принимаемых сигналов с минимальной фазовой модуляцией и сигналов с минимальной частотной манипуляцией на двух символьных интервалах, на фиг.4 - электрическая структурная схема возможного варианта выполнения синхронизатора 1, а на фиг.5 - электрическая структурная схема прототипа.

Устройство для приема сигналов с минимальной угловой модуляцией (см. фиг.1) содержит синхронизатор 1, первый и второй корреляторы 2 и 3, первое и второе устройства 4 и 5 выборки/хранения, блок 6 вычитания, сумматор 7, коммутатор 8, компаратор 9 и относительный декодер 10.

С входом устройства соединены входы синхронизатора 1, первого и второго корреляторов 2 и 3.

Первый тактовый выход синхронизатора 1 соединен с тактовым входом относительного декодера 10 и с синхровыходом устройства. Второй тактовый выход синхронизатора 1 подключен к тактовому входу первого коррелятора 2, к управляющему входу первого устройства 4 выборки/хранения и к первому управляющему входу коммутатора 8. Третий тактовый выход синхронизатора 1 подключен к тактовому входу второго коррелятора 3, к управляющему входу второго устройства 5 выборки/хранения и к второму управляющему входу коммутатора 8. Первый и второй опорные выходы синхронизатора 1 соединены с соответствующими входами блока 6 вычитания и сумматора 7. Выходы блока 6 вычитания и сумматора 7 подключены к опорным входам соответственно первого и второго корреляторов 2 и 3. Выходы первого и второго корреляторов 2 и 3 подключены к информационным входам соответственно первого и второго устройств 4 и 5 выборки/хранения, выходы которых соединены соответственно с первым и вторым информационными входами коммутатора 8. Выход коммутатора 8 подключен к входу компаратора 9. Первым информационным выходом предлагаемого устройства является выход компаратора 9, который подключен к информационному входу относительного декодера 10. Вторым информационным выходом предлагаемого устройства является выход относительного декодера 10.

Работает устройство для приема сигналов с минимальной угловой модуляцией следующим образом.

Принимаемый сигнал с МУМ, информация в котором может быть заложена как в фазу - минимальная фазовая модуляция (МФМ), так и в частоту - минимальная частотная модуляция (МЧМ) при отсутствии шума на любом символьном интервале может быть представлен одним из четырех элементарных сигналов, определенных на длительности Т символа как

где А и - амплитуда и начальная фаза сигнала на границе k символа; ω₁ и ω₂ - круговые частоты элементарных сигналов.

Любые два последовательных символа с МУМ коррелированны друг с другом, что отражают решетчатые диаграммы сигналов с МФМ и МЧМ, показанные на фиг.3,а и фиг.3,б.

Узлам указанных решетчатых диаграмм соответствуют разности фаз несущего колебания и принимаемого сигнала с МУМ на границах символьных интервалов, а ребрам - элементарные сигналы, передаваемые в соответствующих символьных интервалах. При этом ребра, показанные пунктирными линиями, соответствуют передаваемым символам "1", а ребра, показанные сплошными линиями, - передаваемым символам "0".

Как показано на фиг.3,а, для сигнала с МФМ передаче символов "1" всегда соответствует состояние а передаче символа "0" – состояние При этом, как показано на фиг.3,б, для сигнала с МЧМ передаче символа "0" соответствует сохранение состояния или а передаче символов "1" - переход из одного из этих состояний в другое состояние.

Следовательно, символы сигнала с МЧМ закодированы относительным кодом по сравнению с символами сигнала с МФМ.

Разрешенные последовательности элементарных сигналов сигнала с МУМ на двухсимвольном интервале определяются разрешенными путями на решетчатой диаграмме.

Разрешенные последовательности элементарных сигналов сигнала с МФМ (см. фиг.3,а) при передаче на k-символьном интервале символа "1"

S₁, S₁ или S₁, S₂;

S₃, S₁ или S₃, S₂,

а при передаче на k-символьном интервале символа "0"

S₂, S₄ или S₂, S₃;

S₄, S₄ или S₄, S₃.

Поэтому решение о значении принимаемого на k-символьном интервале символа сигнала с МФМ следует принимать, последовательно сравнивая альтернативные гипотезы о приеме разрешенных последовательностей двух элементарных сигналов, соответствующих передаче символов "1" или "0"

S₁, S₁ или S₂, S₃;

S₃, S₁ или S₄, S₃;

S₁, S₂ или S₂, S₄;

S₃, S₂ или S₄, S₄.

Для принятия решения о значении принятого на k-символьном интервале символа необходимо определить, с какой из указанных гипотез наиболее коррелирована реализация принимаемого радиосигнала на k- и (k+1)-символьных интервалах.

Обозначим корреляционный интеграл от произведения входного сигнала и i-опорного сигнала на k-символьном интервале [kТ, (k+1)Т] как

Интеграл, взятый на следующем (k+1)-интервале [(k+1)Т, (k+2)Т], обозначим как

Тогда правила принятия решения о приеме символов "1" или "0" для сигналов с МФМ можно представить в следующем виде:

Поскольку всегда выполняются неравенства

a₁(k)=-a₄(k);

a₂(k)=-a₃(k);

a₁(k+1)=-a₄(k+1);

a₂(k+1)=-a₃(k+1),

то при приеме сигналов с МФМ все четыре приведенные выше правила принятия решения эквивалентны одному правилу принятия решения о приеме символов "+1" или "-1"

При этом сигнал с МЧМ можно принять как сигнал с МФМ, а затем осуществить его относительное декодирование.

Входной сигнал с МУМ (фиг.2,а) подают на информационные входы первого и второго корреляторов 2 и 3 и на вход синхронизатора 1.

С первого и второго опорных выходов синхронизатора 1 на первый и второй входы сумматора 6 и блока 7 вычитания соответственно подают опорные сигналы (фиг.2,б и фиг.2,в), принимающие в течение четных (k) и нечетных (k+1)-символьных интервалов значения

где А и ϕ₀ - амплитуда и начальная фаза опорных сигналов;

ω₁ и ω₂ - круговые частоты опорных сигналов;

0≤t*≤Т - текущее время в пределах одного символьного интервала.

Опорный сигнал на выходе блока 6 вычитания в течение двух последовательных нечетных (k-1) и четных (k)-символьных интервалов принимает значения

При этом опорный сигнал на выходе сумматора 7 в течение двух последовательных четных (k) и нечетных (k+1)-символьных интервалов принимает значения

Опорные сигналы с выходов блока 6 вычитания и сумматора 7 подают на опорные входы первого и второго корреляторов 2 и 3, на тактовые входы которых соответственно в начале нечетных (k+1)- и четных k-символьных интервалов с второго и третьего тактовых выходов синхронизатора 1 поступают последовательности тактовых импульсов (фиг.2,г и фиг.2,д) с периодом следования 2Т, сдвинутые одна относительно другой на длительность символа Т.

В результате сигнал (фиг.2,ж) на выходе первого коррелятора 2 в конце четных k-символьных интервалов принимает значение

а сигнал (фиг.2,з) на выходе второго коррелятора 3 в конце нечетных (k+1)-символьных интервалов - значение

Указанные значения выходных сигналов (см. фиг.2,ж и фиг.2,з) первого и второго корреляторов 2 и 3, подаваемых соответственно на информационные входы первого и второго устройств 4 и 5 выборки/хранения, запоминаются в последних в моменты поступления на их управляющие входы соответствующих тактовых импульсов (см. фиг.2,г и фиг.2,д). После этого значения выходных сигналов (фиг.2,и и фиг.2,к) первого и второго устройств 4 и 5 выборки/хранения постоянны в течение двух последовательных символьных интервалов и равны значениям соответствующих корреляционных интегралов

Сигналы (фиг.2,и и фиг.2,к) с выходов первого и второго устройств 4 и 5 выборки/хранения подают соответственно на первый и второй информационные входы коммутатора 8.

На выход коммутатора 8 проходит сигнал (см. фиг.2,и) или (см. фиг.2,к) с выходов первого или второго устройств 4 или 5 выборки/хранения в зависимости от того, на какой из управляющих входов (первый или второй) поступил последний тактовый импульс (см. фиг.2,г и фиг.2,д) с второго или третьего тактового выхода синхронизатора 1.

В результате в течение любого (k+2)-символьного интервала на прямой вход компаратора 9 с выхода коммутатора 8 подают постоянный сигнал (фиг.2,л), имеющий значение

Компаратор 9 сравнивает значение этого сигнала с нулем и реализует алгоритм (1) оптимального когерентного приема сигналов с МФМ.

На выходе компаратора 9 получают сигнал (фиг.2,м), значения которого постоянны в течение любого (k+2)-символьного интервала и равны значениям задержанных на два символьных интервала оценок символов принимаемого сигнала с МФМ.

Сигнал (см. фиг.2,м) с выхода компаратора 9 подают на первый информационный выход устройства, а также на информационный вход относительного декодера 10, на тактовый вход которого с третьего тактового выхода синхронизатора 1 поступает последовательность тактовых импульсов (см. фиг.2,е) с периодом следования Т.

На выходе относительного декодера 10 получают сигнал (фиг.2,н), значения которого постоянны в течение любого символьного интервала и равны значениям задержанных на два символьных интервала оценок символов принимаемого сигнала с МЧМ.

Сигнал (см. фиг.2,н) с выхода относительного декодера 10 подают на второй информационный выход устройства.

На синхровыход устройства с третьего тактового выхода синхронизатора 1 подают тактовые импульсы (см. фиг.2,е) с периодом следования T.

Устройство для приема сигналов с минимальной угловой модуляцией может быть реализовано на известных функциональных элементах.

Возможный пример выполнения синхронизатора 1 показан на фиг.4. Синхронизатор 1 содержит первую и вторую системы ФАГГЧ 11 и 12, смеситель 13, ФНЧ 14, усилитель-ограничитель 15, выделитель 16 положительных фронтов, выделитель 17 отрицательных фронтов и элемент 18 ИЛИ. При этом выходы первой и второй систем ФАПЧ 11 и 12 являются соответственно первым и вторым опорными выходами синхронизатора 1, выходы выделителей 16 и 17 положительных и отрицательных фронтов - соответственно вторым и третьим тактовыми выходами синхронизатора 1, а выход элемента 18 ИЛИ - первым тактовым выходом синхронизатора 1.

Возможный пример выполнения относительного декодера 10 известен из прототипа (см. авт. св. СССР №801298, кл. Н 04 L 27/14, 1981). Согласно электрической структурной схеме прототипа, приведенной на фиг.5, относительный декодер содержит элемент 14 задержки и сумматор 15 по модулю два (в обозначениях прототипа).

Изложенные выше сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленного технического решения следующей совокупности условий:

- предлагаемое устройство предназначено для использования в промышленности, а именно в технике связи, в частности, в цифровых системах передачи сигналов с минимальной угловой модуляцией;

- для заявленного устройства в том виде, как оно охарактеризовано в независимом пункте изложенной формулы изобретения, подтверждена возможность его осуществления с помощью описанных в заявке или известных до даты приоритета средств и методов.

Следовательно, заявленное техническое решение соответствует критерию "промышленная применимость".

При использовании предлагаемого устройства для приема сигналов с минимальной угловой модуляцией обеспечивается реализация оптимального когерентного приема указанных сигналов с учетом корреляционной связи между их символами, что обеспечивает повышение верности приема.

Формула изобретения

Устройство для приема сигналов с минимальной угловой модуляцией, содержащее синхронизатор, первый и второй корреляторы, информационные входы которых соединены с входом устройства, сумматор, блок вычитания, компаратор и относительный декодер, тактовый вход которого подключен к первому тактовому выходу синхронизатора, отличающееся тем, что введены первое и второе устройства выборки/хранения и коммутатор, выход которого соединен с прямым входом компаратора, инверсный вход которого подключен к нулевой шине, а выход является первым информационным выходом устройства и соединен с информационным входом относительного декодера, выход которого является вторым информационным выходом устройства, синхровыход которого соединен с первым тактовым входом синхронизатора, вход которого подключен к входу устройства, первый и второй опорные выходы - соответственно к первым и вторым входам сумматора и блока вычитания, выходы которых соединены соответственно с опорными входами второго и первого корреляторов, выходы которых подключены к информационным входам соответственно второго и первого устройств выборки/хранения, выходы которых соединены соответственно с вторым и первым информационными входами коммутатора, первый и второй управляющие входы которого подключены к управляющим входам соответственно первого и второго устройств выборки/хранения, к тактовым входам соответственно первого и второго корреляторов и соответственно к второму и третьему тактовым выходам синхронизатора.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5