СПОСОБ ДЕМОДУЛЯЦИИ ДВОИЧНЫХ СИГНАЛОВ МОДУЛЯЦИИ С НЕПРЕРЫВНОЙ ФАЗОЙ ДЛЯ МНОГОЛУЧЕВЫХ РАДИОКАНАЛОВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ Российский патент 2000 года по МПК H04L27/22 

Изобретение относится к радиосвязи и может использоваться в системах передачи дискретных сообщений по каналам связи с рассеянием энергии принимаемых сигналов во времени и по частоте.

Известен способ демодуляции дискретных сигналов в каналах связи с рассеянием (с памятью), заключающийся в том, что на каждом тактовом интервале оценивают (измеряют или вычисляют) импульсную реакцию канала связи, формируют комбинации посылок ожидаемого сигнала, формируют сигнал предыскажения, определяют разностный сигнал путем вычитания сигнала предыскажения из демодулируемого сигнала, сравнивают разностный сигнал с комбинациями посылок ожидаемого сигнала, выделяют комбинацию посылок ожидаемого сигнала, которая совпадает с разностным сигналом и знак первой посылки которой регистрируют [1].

Однако известный способ не позволяет демодулировать сигналы модуляции с непрерывной фазой (МНФ), которая является нелинейным видом модуляции по отношению к модулирующему сигналу.

Известен способ демодуляции сигналов МНФ в однолучевых каналах без квадратурных искажений, заключающийся в том, что принимаемый сигнал расщепляют на две квадратурные компоненты, в каждой из которых независимо осуществляют когерентное детектирование с выделением информационных бит, которые затем объединяют в общий поток путем поочередного переключения [2] (прототип).

Однако этот способ не позволяет демодулировать сигналы МНФ в каналах с рассеянием, в частности, обусловленных многолучевостью (с памятью) и (или) с квадратурными искажениями.

Техническим результатом изобретения является повышение достоверности демодуляции ЧМ сигналов с непрерывной фазой и минимальным частотным сдвигом (ММС) в каналах с рассеянием (с памятью) и (или) с квадратурными искажениями, например, с многолучевостью за счет снижения межсимвольных помех и использования энергии запаздывающих сигналов.

Технический результат изобретения достигается тем, что принимаемый сигнал расщепляют на две квадратурные компоненты, по которым совместно на каждом тактовом интервале оценивают квадратурную импульсную реакцию канала связи, преобразуют вычисленную квадратурную импульсную реакцию с учетом четности очередного информационного элемента, формируют квадратурные опорные сигналы, соответствующие разрешенным кодовым комбинациям, формируют квадратурный сигнал предыскажения, определяют разностный квадратурный сигнал путем вычитания квадратурного сигнала предыскажения из демодулируемого квадратурного сигнала, сравнивают разностный квадратурный сигнал на интервале анализа, охватывающем отклик канала на первую посылку информационного сигнала, с квадратурными опорными сигналами, выделяют кодовую комбинацию, которой соответствует квадратурный опорный сигнал, наименее отличающийся от разностного квадратурного сигнала, и знак первой посылки которой регистрируют.

Устройство демодуляции двоичных сигналов МНФ для многолучевых радиоканалов, содержит квадратурный расщепитель, запоминающее устройство, блок оценивания характеристик канала, инвертор, блок переключения четности, формирователь сигнала предыскажений, блок вычитания предыскажений, блок формирования опорных сигналов, блок вычисления метрики, блок сравнения и выбора, причем выходы квадратурного расщепителя соединены со входами запоминающего устройства, выходы запоминающего устройства соединены со входами блока оценивания характеристик канала и с первыми входами блока вычитания предыскажений, первый и второй выходы блока оценивания характеристик канала соединены с первым и вторым входами блока переключателя четности, кроме того, первый выход блока оценивания характеристик канала соединен со входом инвертора, выход инвертора соединен с третьим входом блока переключателя четности, выходы блока переключателя четности соединены со входами блока формирования опорных сигналов и с первыми входами формирователя сигнала предыскажений, выходы формирователя сигнала предыскажений соединены со вторыми входами блока вычитания предыскажений, выходы блока вычитания предыскажений соединены с первыми входами блока вычисления метрик, выходы блока формирования опорных сигналов соединены со вторыми входами блока вычисления метрик, выход блока вычисления метрик соединен со входом блока сравнения и выбора, выход блока сравнения и выбора соединен со вторым входом формирователя сигнала предыскажений.

На фиг. 1 приведена структурная электрическая схема устройства для реализации предлагаемого способа.

Устройство для реализации способа содержит квадратурный расщепитель 1, запоминающее устройство 2, блок 3 оценивания характеристик канала, инвертор 4, блок 5 переключения четности, формирователь 6 сигнала предыскажений, блок 7 вычитания предыскажений, блок 8 формирования опорных сигналов, блок 9 вычисления метрики, блок 10 сравнения и выбора.

Входным элементом устройства является квадратурный расщепитель 1. Выходы квадратурного расщепителя 1 соединены со входами запоминающего устройства 2. Выходы запоминающего устройства 2 соединены со входами блока 3 оценивания характеристик канала и с первыми входами блока 7 вычитания предыскажений. Выходы 1-й и 2-й блока 3 оценивания характеристик канала соединены с 1-м и 2-м входами блока 5 переключателя четности, кроме того, 1-й выход блока 3 оценивания характеристик канала соединен со входом инвертора 4. Выход инвертора 4 соединен с 3-м входом блока 5 переключателя четности. Выходы блока 5 переключателя четности соединены со входами блока 8 формирования опорных сигналов и с первыми входами формирователя 6 сигнала предыскажений. Выходы формирователя 6 сигнала предыскажений соединены со вторыми входами блока 7 вычитания предыскажений. Выходы блока 7 вычитания предыскажений соединены с первыми входами блока 9 вычисления метрик. Выходы блока 8 формирования опорных сигналов соединены со вторыми входами блока 9 вычисления метрик. Выход блока 9 вычисления метрик соединен со входом блока 10 сравнения и выбора. Выход блока 10 сравнения и выбора соединен со вторым входом формирователя 6 сигнала предыскажений. Выход блока 10 сравнения и выбора является также выходом устройства.

Способ осуществляется следующим образом.

Сигнал Z с выхода канала связи подают на вход квадратурного расщепителя 1.

С выхода расщепителя 1 квадратурные компоненты входного сигнала Z_x и Z_y подают на входы запоминающего устройства 2.

С выходов запоминающего устройства 2 векторы отсчетов квадратурных компонент Z_x и Z_y подают на входы блока 3 оценивания характеристик канала и первые входы блока 7 вычитания предыскажений.

Блок 3 оценивает (или вычисляет) квадратурную импульсную характеристику канала.

С выхода блока 3 векторы отсчетов квадратурных компонент импульсной характеристики канала G_x и G_y подают соответственно на 1-й и 2-й входы блока 5 переключателя четности. Кроме того, вектор G_x через инвертор 4 подают на 3-й вход блока 5 переключателя четности.

С выходов блока 5 переключателя четности базисные векторы G'_x и G'_y подают на входы блока 8 формирования опорных сигналов и на первые входы формирователя 6 сигнала предыскажений.

С формирователя 6 векторы сигнала предыскажений V_x и V_y подают на вторые входы блока 7 вычитания предыскажений.

Векторы квадратурных компонент разностного сигнала W_x и W_y подают на первые входы блока 9 вычисления метрик, на вторые входы которого подают векторы компонент опорных сигналов U_x и U_y с выхода блока 8 формирования опорных сигналов. С выхода блока 9 метрики d² подают на вход блока 10 сравнения и выбора.

Решения с выхода блока 10 сравнения и выбора подают на второй вход формирователя 6 сигнала предыскажений и на выход устройства демодуляции.

Устройство, реализующее способ демодуляции двоичных сигналов МНФ, работает следующим образом.

Квадратурный расщепитель представляет собой два синхронных детектора, опорные сигналы в которых взаимно сдвинуты на 90^o. Сигналы с выходов синхронных детекторов стробируются, и последовательности отсчетов квадратурных компонент входного сигнала поступают на входы запоминающего устройства 2.

В запоминающем устройстве 2 отсчеты сигнала по квадратурным компонентам запоминаются на время, равное интервалу анализа T_A = (Q+1)T₀, где Q = [τ_p/T₀] - относительная память канала, T₀ - тактовый интервал передачи, τ_p интервал рассеяния, [] - ближайшее целое число.

Таким образом, на выходах запоминающего устройства 2 на каждом тактовом интервале присутствуют отсчеты входного сигнала, содержащие информацию не только о текущем элементе информационного сигнала, но и отклики на Q предыдущих и Q последующих элементов.

Если в составе информационной последовательности присутствуют "обучающие" вставки (зондирующие сигналы), то в блоке 3 оценивания характеристик канала с их приходом производится оценивание (измерение или вычисление) отсчетов квадратурных компонент импульсной характеристики многолучевого канала, образующих векторы G_x и G_y. Если такие вставки отсутствуют, то в блоке 3 оценивания характеристик канала производится вычисление отсчетов квадратурных компонент импульсной характеристики по информационным посылкам.

Дальнейшая обработка сигнала ММС осуществляется с учетом ее представления в виде квадратурной модуляции со сдвигом, при которой четные и нечетные элементы информационной последовательности модулируют синфазную и ортогональную ей поднесущие соответственно. Поэтому в устройстве имеется блок 5 переключения четности, преобразующий векторы G_x и G_y в базисные векторы G'_x и G'_y. Для четных элементов в качестве базисных сигналов используются векторы G'_x=G_x, G'_y=G_y, а для нечетных - векторы G'_x=G_y, G'_y=-G_x, представляющие собой отклик канала на ортогональный элемент сигнала. Для обеспечения последнего соотношения на третьем входе блока 5 переключения четности включен инвертор 4. Таким образом, блок 5 переключения четности представляет собой многопозиционный переключатель, который на протяжении четного тактового интервала соединяет выходы блока 5 переключения четности с его первым и вторым входами, а на протяжении нечетного тактового интервала соединяет выходы блока 5 переключения четности с его вторым и третьим входами.

Формирователь 6 сигнала предыскажения по результатам демодуляции на основе базисных векторов G'_x и G'_y вычисляет сигналы последействия V_x и V_y от предыдущих элементов информационной последовательности. Для этого в составе формирователя 6 сигнала предыскажения содержится регистр сдвига, содержимое которого с каждым тактовым интервалом продвигается на один шаг. Сигналы V_x и V_y представляют собой линейную комбинацию элементов базисных векторов G'_x и G'_y, выбираемых с весами, определяемыми содержимым регистра сдвига.

Блок 7 вычитания предыскажений производит покоординатное вычитание:
W_x = Z_x - V_x, W_y = Z_y - V_y.

После вычитания в составе разностного сигнала W_x и W_y присутствуют только отклики канала на текущую и последующие посылки.

Блок 8 формирования опорных сигналов U_x и U_y на основе базисных векторов G'_x и G'_y вычисляет всевозможные варианты ожидаемого разностного (опорного) сигнала, получаемые путем линейной комбинации элементов этих векторов с весами, определяемыми путем последовательного перебора всех разрешенных кодовых комбинаций.

Блок 9 вычисления метрик определяет расстояния (квадраты расстояний) d² между векторами разностного сигнала W_x и W_y и всевозможными вариантами опорного сигнала U_x и U_y. Вычисление метрики может производиться, например, с помощью схемы геометрического сложения.

Блок 10 сравнения и выбора осуществляет сравнение найденных метрик d² и фиксирует минимальную из них. Одновременно он регистрирует ту кодовую комбинацию, по которой вычислен опорный сигнал, соответствующий найденному минимуму. Первый элемент этой кодовой комбинации является решением блока 10 сравнения и выбора , которое подается на выход демодулятора и на второй вход формирователя 6 сигнала предыскажения (цепь обратной связи по решению [1]).

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе
1. Патент СССР N 832763, 25.05.81.

2. Ishizuka M. , Hirade К. Optimum gaussian filter and deviated-frequency-locking scheme for coherent detection of MSK./IEEE Trans. on comm. Vol. COM-28, N 6, June 1980.

Использование: в области электросвязи и в системах передачи дискретных сообщений по каналам связи с рассеянием энергии сигнала во время и по частоте, в частности по многолучевым радиоканалам. Сущность изобретения: в способе демодуляции принимаемый сигнал расщепляют на две квадратурные компоненты, по которым совместно на каждом тактовом интервале оценивают квадратурную импульсную реакцию канала связи, преобразуют вычисленную квадратурную импульсную реакцию с учетом четности очередного информационного элемента, формируют квадратурные опорные сигналы, соответствующие разрешенным кодовым комбинациям, формируют квадратурный сигнал предыскажения, определяют разностный квадратурный сигнал путем вычитания квадратурного сигнала предыскажения из демодулируемого квадратурного сигнала, сравнивают разностный квадратурный сигнал на интервале анализа, охватывающем отклик канала на первую посылку информационного сигнала, с квадратурными опорными сигналами, выделяют кодовую комбинацию, которой соответствует квадратурный опорный сигнал, наименее отличающийся от разностного квадратурного сигнала, и знак первой посылки которой регистрируют. Устройство демодуляции содержит квадратурный расщепитель, запоминающее устройство, блок оценивания характеристик канала, инвертор, блок переключения четности, формирователь сигнала предыскажений, блок вычитания предыскажений, блок формирования опорных сигналов, блок вычисления метрики, блок сравнения и выбора. Техническим результатом является повышение достоверности демодуляции ЧМ-сигналов с непрерывной фазой и минимальным частотным сдвигом в каналах с рассеянием и квадратурными искажениями. 2 c.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ демодуляции двоичных сигналов модуляции с непрерывной фазой для многолучевых радиоканалов, заключающийся в том, что по принимаемому сигналу оценивают импульсную реакцию канала связи, формируют опорные сигналы, соответствующие разрешенным кодовым комбинациям, формируют сигнал предыскажения, определяют разностный сигнал путем вычитания сигнала предыскажения из моделируемого сигнала, сравнивают разностный сигнал на интервале анализа, охватывающем отклик канала на первую посылку информационного сигнала, с опорными сигналами, выделяют кодовую комбинацию, которой соответствует опорный сигнал, наименее отличающийся от разностного сигнала, и знак первой посылки которой регистрируют, отличающийся тем, что принимаемый сигнал расщепляют на две квадратурные компоненты, в результате чего импульсная реакция, опорные сигналы, сигнал предыскажения и разностный сигнал становятся квадратурными, а вычисленную импульсную реакцию преобразуют с учетом четности очередного информационного элемента. 2. Устройство демодуляции двоичных сигналов модуляции с непрерывной фазой для многолучевых радиоканалов, содержащее запоминающее устройство, блок оценивания характеристик канала, формирователь сигнала предыскажений, блок вычитания предыскажений, блок формирования опорных сигналов, блок вычисления метрики, блок сравнения и выбора, причем выходы запоминающего устройства соединены с входами блока оценивания характеристик канала и с первыми входами блока вычитания предыскажений, выходы формирователя сигнала предыскажений соединены с вторыми входами блока вычитания предыскажений, выхода блока вычитания предыскажений - с первыми входами блока вычисления метрик, выходы блока формирования опорных сигналов - с вторыми входами блока вычисления метрик, выход блока вычисления метрик - с входом блока сравнения и выбора, выход блока сравнения и выбора - с вторым входом формирователя сигнала предыскажений, отличающееся тем, что в него введены квадратурный расщепитель, инвертор, блок переключения четности очередного информационного элемента, причем выходы квадратурного расщепителя соединены с входами запоминающего устройства, первый и второй выходы блока оценивания характеристик канала соединены с первым и вторым входами блока переключения четности очередного информационного элемента, крое того, первый выход блока оценивания характеристик канала соединен с входом инвертора, выход инвертора - с третьим входом блока переключения четности очередного информационного элемента, выходы блока переключения четности очередного информационного элемента - с входами блока формирования опорных сигналов и с первыми входами формирователя сигнала предыскажений.