Цифровое устройство символьной синхронизации

Изобретение относится к области радиотехники, в частности, к классу разомкнутых символьных синхронизаторов, предназначенных для синхронизации с переходами поступающих символов в цифровых приемниках. Цифровое устройство символьной синхронизации содержит согласованный фильтр, выход которого подключен к входу нелинейного устройства четного порядка, узкополосный фильтр, выход которого подключен к устройству определения знака тактового сигнала символьной частоты, при этом узкополосный фильтр образован вычитающим устройством, линией задержки на М×N отсчетов, где М - количество отсчетов в символьном интервале сигнала, N - количество усредняемых символов сигнала, М - отводным фильтром с конечной импульсной характеристикой (КИХ), периодическим накопителем, состоящим из сумматора и линии задержки на М отсчетов сигнала, вход которой подключен к выходу сумматора, а выход - к одному из входов сумматора, при этом вход вычитающего устройства и вход линии задержки на М×N отсчетов сигнала подключены к выходу нелинейного устройства четного порядка, выход линии на М×N отсчетов сигнала подключен к другому входу вычитающего устройства, выход которого соединен с входом М - отводного фильтра КИХ, выход которого подключен к периодическому накопителю, выход сумматора которого является выходом узкополосного фильтра. Технический результат, достигаемый при осуществлении изобретения, заключается в упрощении реализации символьного синхронизатора. 1 ил.

 

Изобретение относится к области радиотехники, в частности, к классу разомкнутых символьных синхронизаторов, предназначенных для синхронизации с переходами поступающих символов в цифровых приемниках.

Наиболее близким к заявляемому по технической сущности и достигаемому результату, выбранным в качестве прототипа, является общеизвестное устройство выделения символьной синхронизации, описанное в книге Скляр Бернард "Цифровая связь. Теоретические основы и практическое применение, 2-е издание: Пер. с англ. - М.: Издательский дом "Вильяме", 2003. - 1104 с. на стр. 646. Поступающий входной сигнал фильтруется согласованным фильтром, затем спрямляется нелинейностью четного порядка. Полученный сигнал будет содержать Фурье-компонент на символьной частоте. Данная составляющая выделяется узкополосным фильтром. Далее, определяя знак сигнала, получаем тактовый сигнал символьной частоты. При этом узкополосный фильтр реализуется в виде общеизвестных цифровых IIR (бесконечной импульсной характеристикой) или FIR (конечной импульсной характеристикой) фильтров.

Недостатками данного устройства являются фазовая ошибка тактового сигнала из-за нелинейной фазочастотной характеристики IIR фильтра при отклонении символьной частоты от номинальной либо большие аппаратные затраты при реализации FIR фильтра.

Задача, решаемая предлагаемым изобретением, - совершенствование устройства выделения символьной синхронизации.

Технический результат от использования изобретения заключается в упрощении реализации символьного синхронизатора на программируемой логической интегральной схеме (ПЛИС).

Указанный результат достигается тем, что в цифровом устройстве символьной синхронизации, содержащем согласованный фильтр, нелинейное устройство четного порядка, узкополосный фильтр, устройство определения знака на выходе фильтра, узкополосный фильтр образован вычитающим устройством, линией задержки на M×N отсчетов, где М - количество отсчетов в символьном интервале, N - количество усредняемых символов, М - отводным FIR фильтром, сумматором, линией задержки на М отсчетов, при этом выход согласованного фильтра подключен к входу нелинейного устройства четного порядка, один из входов вычитающего устройства и вход линии задержки на M×N отсчетов подключены к выходу нелинейного устройства четного порядка, выход линии задержки на M×N отсчетов подключен к одному из входов вычитающего устройства, выход вычитающего устройства соединен с входом М - отводного FIR фильтра, выход которого подключен к периодическому накопителю, состоящему из сумматора и линии задержки на М отсчетов, вход которой подключен к выходу сумматора, а выход к одному из входов сумматора, при этом выход сумматора является выходом узкополосного фильтра, который подключен к устройству определения знака.

Предлагаемое устройство поясняется на чертеже.

Устройство содержит входной согласованный фильтр 1, нелинейное устройство четного порядка 2, узкополосный фильтр, образованный вычитающим устройством 3, линией задержки на M×N отсчетов 4, где М - количество отсчетов в символьном интервале, N - количество усредняемых символов, М - отводным FIR фильтром 5, сумматором 6, линией задержки на М отсчетов 7, устройство 8 определения знака на выходе фильтра. Выход согласованного фильтра 1 подключен к входу нелинейного устройства четного порядка 2, один из входов вычитающего устройства 3 и вход линии задержки на M×N отсчетов 4 подключены к выходу нелинейного устройства четного порядка 2, выход линии задержки на M×N отсчетов 4 подключен к одному из входов вычитающего устройства 3, выход вычитающего устройства 3 соединен с входом М - отводного FIR фильтра 5, выход которого подключен к периодическому накопителю, состоящему из сумматора 6 и линии задержки на М отсчетов 7, вход которой подключен к выходу сумматора 6, а выход - к одному из входов сумматора 6, при этом выход сумматора 6 является выходом узкополосного фильтра, который подключен к устройству 8 определения знака.

Устройство работает следующим образом. Поступающие выборки сигнала фильтруются согласованным фильтром 1. Затем отфильтрованный сигнал выпрямляется нелинейным устройством четного порядка 2. Далее выпрямленный сигнал, содержащий гармонику символьной частоты, фильтруется узкополосным фильтром, образованным вычитающим устройством 3, линией задержки на M×N отсчетов 4, М - отводным FIR фильтром 5, сумматором 6, линией задержки на М отсчетов 7. В устройстве 8 определяется знак сигнала, он и является тактовым сигналом символьной частоты.

Работу узкополосного фильтра можно пояснить способом формирования его импульсной характеристики. Пусть импульсная характеристика М - отводного FIR фильтра 5 равна одному периоду синусоиды длительностью М отсчетов. Подаем на вход вычитающего устройства 3 и линии задержки на M×N отсчетов 4 положительный цифровой импульс. На выходе вычитающего устройства 3 будем иметь положительный импульс и отрицательный импульс, задержанный на N символьных интервалов относительнопервого в линии задержки на M×N отсчетов 4. Первый импульс сформирует на выходе М - отводного FIR фильтра 5 отрезок синусоиды в М отсчетов, который будет повторяться на выходе периодического накопителя, образованного сумматором 6 и линией задержки на М отсчетов 7, через каждые М отсчетов. Таким образом, первый импульс сформирует полубесконечную синусоиду символьной частоты. Отрицательный импульс формирует то же самое, только с задержкой на N периодов и противоположным знаком. После суммирования этих последовательностей получаем отрезок синусоиды длительностью N×M отсчетов символьной частоты, т.е. в частотной области это соответствует амплитудной характеристике фильтра типа sin(x)/x с центральной частотой, равной символьной частоте, полосой пропускания, пропорциональной 1/(N×M), и линейной фазовой характеристике фильтра. Импульсную характеристику М - отводного FIR фильтра 5 достаточно брать равной одному периоду треугольного сигнала длительностью М отсчетов для исключения устройств умножения, в этом случае они заменяются устройствами сдвига на соответствующее количество разрядов и суммирования, что значительно проще, без ухудшения характеристик синхронизатора.

Согласованный фильтр 1 может быть реализован в виде цифрового FIR фильтра, нелинейное устройство четного порядка 2 может представлять собой устройство вычисления модуля любым известным способом, в том числе приближенным, вычитающее устройство 3 может представлять собой общеизвестную комбинационную схему на ПЛИС, линия задержки на M×N отсчетов 4 может быть реализована в виде циклического буфера на памяти в ПЛИС, М - отводный FIR фильтр 5 может быть реализован любым известным способом, сумматор 6 может представлять собой комбинационный сумматор на ПЛИС, линия задержки на М отсчетов 7 может быть реализована в виде сдвигового регистра, устройство выделения 8 знака может представлять собой старший разряд с комбинационной схемы сумматора 6.

Таким образом, в предлагаемом изобретении при увеличении количества усредняемых символов не увеличивается количество сумматоров, необходимо только увеличить разрядность сумматора в периодическом накопителе, чтобы не происходило отбрасывания разрядов, и увеличить длину линии задержки. Не требуется многоотводный сдвиговый регистр, лишь только линия задержки, легко реализуемая в виде циклического буфера на памяти в ПЛИС.

Цифровое устройство символьной синхронизации, содержащее согласованный фильтр, выход которого подключен к входу нелинейного устройства четного порядка, узкополосный фильтр, выход которого подключен к устройству определения знака тактового сигнала символьной частоты, отличающееся тем, что узкополосный фильтр образован вычитающим устройством, линией задержки на M×N отсчетов, где М - количество отсчетов в символьном интервале сигнала, N - количество усредняемых символов сигнала, М-отводным фильтром с конечной импульсной характеристикой (КИХ), периодическим накопителем, состоящим из сумматора и линии задержки на М отсчетов сигнала, вход которой подключен к выходу сумматора, а выход - к одному из входов сумматора, при этом вход вычитающего устройства и вход линии задержки на M×N отсчетов сигнала подключены к выходу нелинейного устройства четного порядка, выход линии на M×N отсчетов сигнала подключен к другому входу вычитающего устройства, выход которого соединен с входом М-отводного фильтра КИХ, выход которого подключен к периодическому накопителю, выход сумматора которого является выходом узкополосного фильтра.