Приемное устройство фазоманипулированных сигналов
Владельцы патента RU 2267229:
Федеральное государственное унитарное предприятие "Воронежский научно-исследовательский институт связи" (RU)
Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в космических и наземных системах связи, использующих шумоподобные сигналы. Технический результат заключается в повышении помехоустойчивости приема и обеспечении применимости устройства к приему фазоманипулированных сигналов с большими базами. Сущность изобретения заключается в том, что в известное приемное устройство фазоманипулированных сигналов, содержащее смеситель, усилитель промежуточной частоты, согласованный фильтр, решающее устройство, получатель информации, гетеродин и синхронизатор, дополнительно введены демультиплексор, (n-1) согласованных фильтров, (n-1) решающих блоков, первый и второй элементы «И» и n регистров сдвига. 3 ил., 1 табл.
Предлагаемое устройство относится к области радиотехники и может быть использовано для приема информации по каналам связи в космических и наземных системах связи, использующих шумоподобные сигналы (ШПС).
Известны приемные устройства ШПС, построенные на базе согласованных фильтров или многоканальных корреляторов.
Время поиска сигнала в таких устройствах соизмеримо с периодом используемой двоичной последовательности. Однако реализовать на практике такие приемные устройства при больших базах сигнала - задача весьма сложная (см. "Теория и применение псевдослучайных сигналов", Алексеев А.И., Шереметьев А.Г., Тузов Г.И., Глазов Б.И., М., "Наука", 1969 г.).
Известно также приемное устройство ШПС по а.с. СССР №1109915, содержащее линейный тракт, согласованный фильтр, квадратурный переключатель, интегратор, блок выбора и запоминания на такт, фильтр низкой частоты, управляемый фазовращатель, детектор огибающей, весовой сумматор и решающий блок.
Недостатком этого устройства является то, что при наличии на его входе структурной помехи резко падает помехоустойчивость по отношению к другим видам помех, а при достаточно большом уровне этой помехи наступает срыв связи.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является приемное устройство с фазоманипулированным ШПС, приведенное в книге Д.Е.Варакина "Системы связи с шумоподобными сигналами". М., "Р. и С.", 1985 г., рис.1.7б, принятое за прототип.
Функциональная схема устройства-прототипа приведена на фиг.1, где обозначено:
1 - смеситель;
2 - усилитель промежуточной частоты (УПЧ);
3 - согласованный фильтр;
4 - решающее устройство;
5 - получатель информации;
6 - гетеродин;
7 - синхронизатор.
Устройство-прототип содержит последовательно соединенные смеситель 1, УПЧ 2, согласованный фильтр 3, решающее устройство 4 и получатель информации 5. Последовательно соединенные синхронизатор 7 и гетеродин 6, выход которого соединен с вторым входом смесителя 1, первый вход которого соединен с приемной антенной. Вход синхронизатора 7 соединен с выходом согласованного фильтра 3. Первый выход синхронизатора 7 присоединен к входу гетеродина 6, а второй выход синхронизатора 7 соединен с вторым входом решающего устройства 4.
Устройство-прототип работает следующим образом.
Сигнал, принятый на приемную антенну, поступает на смеситель 1, где переносится с помощью гетеродина 6 на промежуточную частоту, усиливается в усилителе УПЧ 2 и обрабатывается согласованным фильтром 3 (сворачивается). Сигнал в виде сверток с выхода согласованного фильтра 3 поступает на синхронизатор 7 и решающее устройство 4. Синхронизатор 7 осуществляет поиск фазомодулированного (ФМ) сигнала по частоте и по времени, накапливает сигнал для увеличения надежности синхронизации, управляет режимом работы решающего устройства.
Для поиска ФМ сигнала по частоте синхронизатор 7 перестраивает гетеродин 6. После окончания поиска и вхождения в синхронизм на выходе решающего устройства 4 появляется информационная последовательность в виде двоичных сигналов, которая передается получателю информации 5.
Недостатком данного устройства является то, что согласованный фильтр обычно выполняют с использованием многоотводных линий задержки. Такие устройства сложно реализовать для больших баз сигнала, так как существуют технологические ограничения на промежуток между отводами.
Для устранения указанного недостатка в устройство, содержащее последовательно соединенные смеситель и усилитель промежуточной частоты, последовательно соединенные синхронизатор и гетеродин, выход которого соединен с вторым входом смесителя, первый вход которого подсоединен к антенне; последовательно соединенные первый согласованный фильтр и первое решающее устройство, при этом второй вход синхронизатора соединен с вторым входом первого решающего устройства и получатель информации, введены демультиплексор, n регистров сдвига, (n-1) согласованный фильтр, (n-1) решающее устройство, а также первый и второй элемент "И", причем выход усилителя промежуточной частоты соединен с входом демультиплексора, n выходов которого соединены с входами n регистров сдвига соответственно, n-й выход первого регистра сдвига соединен с входом первого согласованного фильтра, (n-1)-й выход второго регистра сдвига соединен с входом второго согласованного фильтра, первый выход n-го регистра сдвига соединен с входом n-го согласованного фильтра, выходы (n-1) согласованных фильтров соединены с первыми входами (n-1) решающих устройств соответственно, выходы n решающих устройств соединены с соответствующими входами второго элемента "И", выход которого соединен с входом получателя информации, кроме того, выходы n согласованных фильтров соединены с соответствующими входами первого элемента "И", выход которого соединен с первым входом синхронизатора.
На фиг.2 приведена функциональная схема предлагаемого устройства, где обозначено:
1 - смеситель;
2 - усилитель промежуточной частоты (УПЧ);
31-3n - согласованные фильтры;
41-4n - решающие устройства;
5 - получатель информации;
6 - гетеродин;
7 - синхронизатор;
8 - демультиплексор;
9, 10 - первый и второй элементы "И";
111-11n - регистры сдвига.
Предлагаемое устройство содержит последовательно соединенные смеситель, УПЧ 2, демультиплексор 8, n выходов которого соединены с входами n регистров сдвига 11 соответственно, n-й выход первого регистра сдвига 11 соединен с входом первого согласованного фильтра 31, (n-1) выход второго регистра сдвига 112 соединен с входом второго согласованного фильтра 32 и первый выход n-го регистра сдвига 11n соединен с входом n-го согласованного фильтра 3n.
Выходы n-согласованных фильтров 31-3n соединены соответственно с входами решающих устройств 41-4n, вторые входы которых соединены между собой и с первым выходом синхронизатора 7, второй выход которого соединен с входом гетеродина 6, выход которого соединен с вторым входом смесителя I, первый вход которого подсоединен к антенне. Вход синхронизатора 7 соединен с выходом первого элемента "И" 9, n выходов которого соединены соответственно с выходами согласованных фильтров 31-3n. Выходы решающих устройств соединены соответственно с n входами второго элемента "И" 10, выход которого соединен с входом получателя информации 5, выход которого является выходом устройства.
Работает предлагаемое устройство следующим образом.
Принятый на приемную антенну сигнал поступает на смеситель 1, где переносится с помощью гетеродина 6 на промежуточную частоту, усиливается до необходимой величины в усилителе промежуточной частоты 2 и поступает на вход демультиплексора 8, в котором М последовательность с базой В преобразуется в n М последовательностей с базой N (В=N·n), т.е. делит М последовательность на n сегментов.
На n выходах демультиплексора 8 формируются сегменты, которые являются короткими ПСП (псевдослучайные последовательности) длиной N. Принимаемый сигнал ПСП имеет длину В=N(N+2), где (N+2)=n.
С(N+2) выходов демультиплексора 8 сигнал поступает на входы регистров сдвига 111-11n, где производится задержка на К тактов (для первого регистра К=n, для n-го регистра К=1).
С выходов регистров сдвига 111-11n задерживаемый на К тактов сигнал М последовательности в виде n сегментов поступает на вход одного из n соответствующего согласованного фильтра 31-3n.
В предлагаемом устройстве сигнал с базой В позволяет использовать n согласованных фильтров с базой, в n раз меньшей, чем база исходного сигнала. Если в качестве манипулирующей ПСП использовать М последовательность периода В, где В составное число (В=N·n), то такую последовательность можно записать в виде М последовательностей длины N, полученных путем прореживания исходной М последовательности через каждые n элементов.
Разложение В на множители для степеней полиномов m=3...16 приведено в таблице.
| Таблица | ||
| m | B | N·n |
| 3 | 7 | 7·1 |
| 4 | 15 | 3·5 |
| 5 | 31 | 31·1 |
| 6 | 63 | 7·9 |
| 7 | 127 | I27·1 |
| Продолжение Таблицы | ||
| 8 | 255 | 15·I7 |
| 9 | 511 | 7·73 |
| 10 | 1023 | 31·33 |
| 11 | 2047 | 23·89 |
| 12 | 4095 | 63·65 |
| 13 | 8191 | 8191·1 |
| 14 | 16383 | 127·129 |
| 15 | 32767 | 31·1057 |
| 16 | 65535 | 255·257 |
Легко показать, что для чтения m В=2m-1 всегда можно разложить на два множителя, используя формулу для разности квадратов (a2-b2)=(a+b)(a-b)
B=2m-1=(2m/2-1)(2m/2+1)=N·n=N(N+2)
То есть М - последовательность с периодом (2m-1) при m четном, всегда можно разложить на N+2 М последовательности с периодом N=2m/2-1.
Пример разложения М последовательности с B=63; n=9 М последовательностей, каждая из которых имеет базу N=7 приведен на фиг.3.
При таком разложении М последовательности с базой N получаются из исходной М последовательности с базой В простым демультиплексированием. При этом на n выходах демультиплексора 8 образуются М последовательности с базой N, которые поступают на соответствующие согласованные фильтры 31-3n, где производится их одновременное сворачивание. Свернутый сигнал с выходов согласованных фильтров 31-3n поступает соответственно на входы решающих устройств 41-4n, где производится сравнение с порогом. Кроме того, сигнал с выходов согласованных фильтров поступает на n входов первого элемента "И" 9, с выхода которого сигнал поступает на вход синхронизатора 7. Синхронизатор 7 осуществляет поиск фазоманипулированного сигнала ФМ по частоте и по времени, накапливая сигнал для увеличения надежности, синхронизации, управляя режимом работы решающих устройств 41-4n.
Для поиска сигнала по частоте синхронизатор 7 перестраивает гетеродин 6. При окончании поиска и вхождения в синхронизм на выходе решающих устройств 41-4n появляется информационная последовательность в виде двоичных символов, которая поступает на n входов второго элемента "И" 10 и далее на вход получателя информации 5.
Реализация блоков предлагаемого устройства широко известна. Демультиплексор может быть осуществлен, например, как описано в Справочнике "Радио и связь". Г.И.Пухольокий, Т.Я.Новосельцева "Проектирование дискретных устройств на интегральных микросхемах". М., "Радио и связь", стр.101-102.
Таким образом, в предлагаемом устройстве, применяя n согласованных с сегментами сигнала фильтров, возможно принимать и обрабатывать фазоманипулированные сигналы со сколь угодно большими базами. Кроме того, предлагаемое устройство обеспечивает дополнительную декорреляцию помехи на выходах демультиплексора, что повышает помехоустойчивость устройства.
Приемное устройство фазоманипулированных сигналов, содержащее последовательно соединенные смеситель и усилитель промежуточной частоты, последовательно соединенные синхронизатор и гетеродин, выход которого соединен со вторым входом смесителя, первый вход которого подсоединен к антенне, последовательно соединенные первый согласованный фильтр и первое решающее устройство, при этом второй выход синхронизатора соединен со вторым входом первого решающего устройства, а также получатель информации, отличающееся тем, что введены демультиплексор, n регистров сдвига, (n-1) согласованный фильтр, (n-1) решающее устройство, а также первый и второй элементы И, причем выход усилителя промежуточной частоты соединен со входом демультиплексора, n выходов которого соединены с входами n регистров сдвига соответственно, n-ый выход первого регистра сдвига соединен с входом первого согласованного фильтра, (n-1)-ый выход второго регистра сдвига соединен с входом второго согласованного фильтра, первый вход n-ого регистра сдвига соединен с входом n-го согласованного фильтра, выходы (n-1) согласованных фильтров соединены с первыми входами (n-1) решающих устройств соответственно, выходы n решающих устройств соединены с соответствующими входами второго элемента И, выход которого соединен с входом получателя информации, кроме того, выходы n согласованных фильтров соединены с соответствующими входами первого элемента И, выход которого соединен с первым входом синхронизатора.
