СПОСОБ ДЕМОДУЛЯЦИИ ДИСКРЕТНЫХ СИГНАЛОВ Российский патент 2004 года по МПК H04L27/06 

Изобретение относится к радиосвязи и может использоваться в системах передачи дискретной информации по каналам связи с рассеянием энергии принимаемых сигналов (каналы с памятью), подверженных замираниям и действию разного рода аддитивных помех.

Известен способ демодуляции [1] дискретных сигналов в каналах связи с рассеянием, заключающийся в том, что на каждом тактовом интервале измеряют импульсную реакцию канала связи, формируют комбинацию посылок ожидаемого сигнала, формируют сигналы предыскажений, определяют разностный сигнал путем вычитания из демодулируемого сигнала сигнала предыскажения.

Однако известный способ не обладает достаточной точностью.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому способу и устройству является способ [2] демодуляции дискретных сигналов в каналах связи с рассеянием, заключающейся в том, что на каждом тактовом интервале измеряют импульсную реакцию канала связи, формируют комбинацию посылок ожидаемого сигнала, формируют сигналы предыскажений, определяют разностный сигнал путем вычитания из демодулируемого сигнала сигнала предыскажения, на каждом тактовом интервале сравнивают разностный сигнал с комбинациями посылок ожидаемого сигнала, выделяют комбинацию посылок ожидаемого сигнала, которая совпадает с разностным сигналом и знак первой посылки которой регистрируют.

Однако известный способ также не обладает достаточной точностью, особенно в каналах, подверженных воздействию аддитивных помех (сосредоточенных и импульсных), т.к. известный способ реализует правило обобщенного максимального правдоподобия, когда в качестве мешающего процесса берут только флуктуационный шум (обычно “белый” гауссовский) и не используется информация о свойствах других типов аддитивных помех.

Сущность предлагаемого изобретения - повышение помехоустойчивости приема дискретных сигналов в каналах, подверженных воздействию аддитивных помех, путем компенсации помех в системах с обратной связью по решению (ОСР), за счет оценивания и вычитания, что позволяет, кроме того, исключить влияние ОСР на работу демодулятора и значительно повысить помехоустойчивость приема, особенно в области малых отношений сигнал/помеха.

Это достигается тем, что в способе демодуляции дискретных сигналов, заключающимся в том, что на каждом тактовом интервале измеряют импульсную реакцию канала связи, формируют комбинацию посылок ожидаемого сигнала, формируют сигналы предыскажений, определяют разностный сигнал путем вычитания из демодулируемого сигнала сигнала предыскажения, на каждом тактовом интервале по разностному сигналу вычисляют оценки символов передаваемой дискретной последовательности, формируют оценки аддитивного мешающего процесса, определяют очищенный входной сигнал, на каждом тактовом интервале сравнивают очищенный входной сигнал с комбинациями посылок ожидаемого сигнала, выделяют комбинацию посылок ожидаемого сигнала, которая совпадает с очищенным входным сигналом, знак первой посылки которой регистрируют.

На фиг.1 приведена структурная схема устройства для реализации предлагаемого способа. На фиг.2 изображены временные интервалы анализа, процесс формирования сигнала на выходе канала связи и обозначены отсчеты сигналов на выходах соответствующих блоков устройства.

Устройство для реализации способа содержит блок 1 измерения импульсной реакции канала связи, блок 2 формирования сигналов предыскажений, блок 3 формирования опорного сигнала, вычитающий блок 4, блок 5 сравнения, блок 6 решения, выходной регистр 7, блок 8 вычисления оценок символов передаваемой дискретной последовательности и блок 9 формирования оценок аддитивного мешающего процесса, второй вычитающий блок 10.

Способ осуществляется следующим образом.

Рассмотрим работу демодулятора в дискретном времени.

При передаче дискретной последовательности , где символы b_i, принадлежат алфавиту объемом m, каждый из которых передается на тактовом интервале длительностью Т, на вход демодулятора поступает последовательность отсчетов канального сигнала , сформированная (при линейных видах модуляции) следующим образом:

В (1) последовательность отсчетов представляет собой импульсную реакцию канала связи с рассеянием энергии передаваемого сигнала во времени (канал с памятью). Рассеяние во времени обусловлено многолучевым распространением сигнала и ограничением полосы частот.

М - длительность импульсной реакции канала связи, выраженная числом тактовых интервалов. На приеме длительность тактового интервала определяется частотой взятия отсчетов из непрерывного сигнала и так же равна Т. w_i, - отсчеты аддитивного мешающего процесса.

Формирование отсчетов {z_i} поясняет фиг.2.

Для вынесения решений о символах передаваемой дискретной последовательности, так же как в прототипе, в блоке 1 на основе решений, хранящихся в выходном регистре 7, производится оценивание отсчетов импульсной реакции канала связи. Процедура оценивания может быть осуществлена, например, по а.с. №780211.

Далее, так же как в прототипе, в блоках 2 и 4 осуществляется формирование сигналов предыскажений и вычитание их из принимаемого сигнала. Формирование сигналов предыскажений осуществляется с использованием обратной связи по решению, суть применения которой заключается в том, что при известных решениях , хранящихся в выходном регистре 7, и оценках отсчетов импульсной реакции легко сформировать сигналы последействия от каждого символа принимаемой последовательности.

Рассмотрим интервал обработки величина которого определяется не менее чем М тактовыми интервалами. Положение на оси времени показано на фиг.2. Совокупность отсчетов {z_i} на этом интервале может быть представлена следующим образом:

Анализируя совокупность отсчетов {z_i} на интервале , необходимо вынести решение относительно символа b_i-M+1, который является первым во времени внутри интервала Вся реакция от этого символа целиком укладывается на рассматриваемом интервале обработки. Решение относительно символов, предшествующих символу b_i-M+1, уже вынесены и хранятся в регистре 7, поэтому сигнал предыскажений, формируемый в блоке 2, имеет вид:

Будем предполагать, что оценки , k=0,1, ... M-1, достаточно точны (мала среднеквадратическая ошибка оценивания), т.е. , k=0,1, ..., М-1. Тогда после вычитания (z’=z-y) в блоке 4 получим разностный сигнал в виде:

Последний на интервале отсчет {z_i} не очищается, т.к. на него не простирается последействие от символа b_i-M.

Если решения о символах, предшествующих b_i-M+1 были вынесены верно, то в системе (4) разности в круглых скобках будут равны нулю, что соответствует случаю “идеальной” обратной связи по решению. В этом случае последовательность очищается от последействия символов, предшествующих b_i-M+1, наилучшим образом. В противном случае (некоторые разности в круглых скобках не равны нулю) в последовательности разностного сигнала появляется дополнительная помеха, которая ухудшает условия приема на интервале .

В прототипе набор отсчетов разностного сигнала (4) является исходной информацией для работы блока 5 сравнения разностного сигнала с комбинациями посылок ожидаемого (опорного) сигнала, формируемого на выходе блока 3.

На выходе блока 3 по оцененным отсчетам импульсной реакции канала связи формируются m^M возможных реализаций опорного сигнала для интервала виде (предполагается, как и выше k=0,1, ... M-1):

В (5) совокупность символов , j=0,1, ..., М-1, является возможным вариантом реализации переданной на интервале T_ai последовательности символов {b_j}. Например при m=2 и М=5 символы {b_j} принимают значения ±1 и существует 2⁵=32 вариантов реализации наборов отсчетов {s_j} опорного сигнала.

В блоке 5 сравнение разностного и опорного сигналов осуществляется на основе вычисления “расстояния” по избранному критерию оптимальности. Например, при использовании квадратичной метрики “расстояние” вычисляется в виде:

В блоке 6 определяется минимальное значение r_k и фиксируется набор , соответствующие найденному r_k. В качестве решения, подаваемого на выход демодулятора и в выходной регистр 7, выбирается первый элемент набора т.е. символ .

Таким образом, решение формируются по правилу .

Описанная последовательность действий, осуществляемых в блоках 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 характерна как для прототипа, так и для заявляемого способа.

При переходе к следующему интервалу обработки (см. фиг.2) в прототипе вся рассмотренная процедура повторяется, только что вынесенное решение записывается в регистр 7 и при обработке сигнала на это решение участвует в формировании сигнала предыскажений. Если решение было вынесено неверно, то и сигнал предыскажений, сформированный по , будет неверным, что ухудшит условия приема на интервале . Исключить влияние решений, принятых на предыдущем интервале обработки, можно следующим образом. На интервале необходимо получить оценки аддитивного мешающего процесса и использовать эти оценки для компенсации (посредством вычитания) этих помех, что приведет к улучшению отношения сигнал/помеха и к “нейтрализации” действия обратной связи по решению.

Отличительная особенность заявляемого способа состоит в следующем. Для повышения помехоустойчивости приема в блоке 5 вместо разностного сигнала используется очищенный сигнал , который получается следующим образом. Как было показано выше, на выходе блока 4 последовательность разностного сигнала имеет вид (4). В заявляемом способе разностный сигнал подается на блок 8, где вычисляются оценки символов передаваемой дискретной последовательности с помощью какого-либо алгоритма оценивания. Эти оценки в отличии от могут принимать любые аналоговые значения, характеризующие степень приближения к истинным дискретным значениям . Степень приближения (точность оценивания) определяется мощностью аддитивного мешающего процесса и точностью оценок импульсной реакции канала связи , подаваемых с выхода блока 1 на блок 8.

В качестве алгоритма оценивания, реализуемого в блоке 8, может быть использован, например, алгоритм, основанный на решении системы линейных алгебраических уравнения методом регуляризации, по патенту Российской Федерации на изобретение №2085047.

Предварительные оценки подаются на вход блока 9 формирования оценок аддитивного мешающего процесса. Эти оценки формируются следующим образом:

Из (7) и (4) следует, что оценки можно представить в виде:

В уравнениях (8) величины {Δw} характеризуют эквивалентную помеху, обусловленную неточностью оценок . Если и оценки , k=0, 1, ..., M-1 абсолютно точны, то все Δw равны нулю. В этом случае оценки включают в себя истинное значение аддитивного мешающего процесса и дополнительную помеху, обусловленную ошибками в обратной связи по решению.

Далее оценки используются во втором вычитающем блоке 10 для формирования очищенного входного сигнала

В результате такого вычитания компенсируется действие обратной связи по решению и улучшается отношение сигнал/помеха на входе блока сравнения 5.

Таким образом, использование предлагаемого способа обеспечивает повышение помехоустойчивости передачи дискретной информации с большой скоростью по каналам с памятью

ЛИТЕРАТУРА.

1. Кловский Д.Д. и Николаев Б.И. Инженерная реализация радиотехнических схем. М., "Связь", 1975, с.189-190.

2. Патент РФ №832763 //Способ демодуляции дискретных сигналов. Д.Д.Кловский, Б.И.Николаев, В.Г.Карташевский, Бюл. №19, 23.05.81.

Изобретение относится к радиосвязи. Технический результат заключается в повышении помехоустойчивости приема дискретных сигналов. Способ заключается в том, что на каждом тактовом интервале измеряют импульсную реакцию канала связи, формируют комбинацию посылок ожидаемого сигнала, формируют сигналы предыскажений, определяют разностный сигнал путем вычитания из демодулируемого сигнала сигнала предыскажения, на каждом тактовом интервале по разностному сигналу вычисляют оценки символов передаваемой дискретной последовательности, формируют оценки аддитивного мешающего процесса, определяют очищенный входной сигнал, на каждом тактовом интервале сравнивают очищенный входной сигнал с комбинациями посылок ожидаемого сигнала, выделяют комбинацию посылок ожидаемого сигнала, которая совпадает с очищенным входным сигналом, знак первой посылки которой регистрируют. 2 ил.

Способ демодуляции дискретных сигналов, заключающийся в том, что на каждом тактовом интервале измеряют импульсную реакцию канала связи, формируют комбинацию посылок ожидаемого сигнала, формируют сигналы предыскажений, определяют разностный сигнал путем вычитания из демодулируемого сигнала сигнала предыскажения, отличающийся тем, что на каждом тактовом интервале по разностному сигналу вычисляют оценки символов передаваемой дискретной последовательности, формируют оценки аддитивного мешающего процесса, определяют очищенный входной сигнал, на каждом тактовом интервале сравнивают очищенный входной сигнал с комбинациями посылок ожидаемого сигнала, выделяют комбинацию посылок ожидаемого сигнала, которая совпадает с очищенным входным сигналом, знак первой посылки которой регистрируют.