УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРИЕМА СИГНАЛОВ С МИНИМАЛЬНОЙ УГЛОВОЙ МОДУЛЯЦИЕЙ Российский патент 2005 года по МПК H04L27/12 

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, первый сумматор, компаратор и относительный декодер, тактовый выход 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 первого сумматора подключен к прямому входу компаратора. Известное устройство также содержит первый и второй блоки вычисления модуля сигнала, блок вычитания, дополнительный компаратор, два триггера и первый сумматор по модулю два, при этом относительный декодер выполнен в виде элемента задержки и второго сумматор 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, первый сумматор, компаратор и относительный декодер, 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 первого сумматора подключен к прямому входу компаратора, введены первое, второе, третье и четвертое устройства выборки/хранения, второй сумматор и перемножителъ, выход которого подключен к инверсному входу компаратора, первый вход - к выходу второго сумматора, а второй вход - к управляющим входам первого и второго устройств выборки/хранения и к прямому управляющему выходу синхронизатора, инверсный управляющий выход которого соединен с управляющими входами третьего и четвертого устройств выборки/хранения, выходы которых подключены к первым входам соответственно первого и второго сумматоров, вторые входы которых соединены с выходами соответственно первого и второго устройств выборки/хранения, информационные входы которых подключены к выходам соответственно первого и второго корреляторов и к информационным входам соответственно третьего и четвертого устройств выборки/хранения, причем вход синхронизатора подключен к входу устройства, первым информационным выходом которого является выход компаратора, который подключен к информационному входу относительного декодера, выход которого является вторым информационным выходом устройства, синхровыход которого соединен с тактовым выходом синхронизатора.

Предлагаемое устройство для приема сигналов с минимальной угловой модуляцией реализует оптимальный когерентный 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 и 5 - электрические структурные схемы возможных вариантов синхронизатора и относительного декодера, а на фиг.6 - 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, второе, третье и четвертое устройства выборки/хранения 4, 5, 6 и 7, первый и второй сумматоры 8 и 9, компаратор 10, перемножитель 11 и относительный декодер 12. С входом устройства соединены вход синхронизатора 1 и информационные входы первого и второго корреляторов 2 и 3. Тактовый выход синхронизатора 1 подключен к тактовым входам первого и второго корреляторов 2 и 3, а также к тактовому входу относительного декодера 12. Первый и второй опорные выходы синхронизатора 1 соединены с опорными входами соответственно первого и второго корреляторов 2 и 3. Выход первого коррелятора 2 подключен к информационным входам первого и третьего устройств 4 и 6 выборки/хранения, выход второго коррелятора 3 - к информационным входам второго и четвертого устройств 5 и 7 выборки/хранения. Выходы первого и третьего устройств 4 и 6 выборки/хранения соединены соответственно с первым и вторым входами первого сумматора 8, выходы второго и четвертого устройств 5 и 7 выборки/хранения - соответственно с первым и вторым входами второго сумматора 9. Выход первого сумматора 8 подключен к прямому входу компаратора 10, инверсный вход которого соединен через перемножитель 11 с выходом второго сумматора 9. Второй вход перемножителя 11 подключен к управляющим входам первого и второго устройств 4 и 5 выборки/хранения и к прямому управляющему выходу синхронизатора 1, инверсный управляющий выход которого соединен с управляющими входами третьего и четвертого устройств 6 и 7 выборки/хранения. Первым информационным выходом предлагаемого устройства является выход компаратора 10, который подключен к информационному входу относительного декодера 12. Вторым информационным выходом предлагаемого устройства является выход относительного декодера 12. Синхровыходом предлагаемого устройства является тактовый выход синхронизатора 1.

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 к-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 "-1".

Как показано на фиг.3,а, для сигнала с МФМ передаче символов "+1" всегда соответствует состояние а передаче символа "-1" - состояние При этом, как показано на фиг.3,б, для сигнала с МЧМ передаче символа "-1" 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 к-символьном интервале символа "+1":

S₁, S₁ или S₁, S₂,

S₃, S₁ или S₃, S₂,

а при передаче на к-символьном интервале символа "-1":

S₂, S₄ или S₂, S₃,

S₄, S₄ или S₄, S₃,

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

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 к-символьном интервале символа необходимо определить, с какой из указанных гипотез наиболее коррелированна реализация принимаемого радиосигнала на к- и (к+1)-символьных интервалах.

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

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

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

Поскольку всегда выполняются неравенства:

a₁(к)=-a₄(к);

a₂(к)=-a₃(к);

a₁(к+1)=-a₄(к+1);

a₂(к+1)=-a₃(к+1),

то при приеме сигналов с МФМ все четыре приведенных 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.

На информационные входы первого 2 и второго 3 корреляторов подают входной сигнал с МУМ (фиг.2,а). При этом на тактовые входы первого 2 и второго 3 корреляторов с тактового выхода синхронизатора 1 подают тактовые импульсы (фиг.2,б) с периодом следования T, а на опорные входы первого 2 и второго 3 корреляторов с соответствующих выходов синхронизатора 1 в течение четных (к) и нечетных (к+1) символьных интервалов подают опорные сигналы (фиг.2,в и фиг.2,г)

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.

Значения сигналов на выходах первого 2 и второго 3 корреляторов (фиг.2,ж и фиг.2,з) равны значениям корреляционных интегралов: в моменты окончания четных к-символьных интервалов - соответственно а₁(к) и а₂(к), а в моменты окончания нечетных (к+1)-символьных интервалов - соответственно а₁(к+1) и –а₂(к+1).

Значения выходных сигналов первого 4 и второго 5 (фиг.2,и и фиг.2,л), третьего 6 и четвертого 7 (фиг.2,к и фиг.2,м) устройств выборки/хранения постоянны в течение двух последовательных к- и (к+1)- или (к+1)- и (к+2)-символьных интервалов и равны значениям соответствующих корреляционных интегралов а₁(к-1) и –а₂(к-1) или a₁(к) и а₂(к) на их информационных входах в моменты времени, соответствующие поступлению на их управляющие входы с прямого и инверсного управляющих выходов синхронизатора 1 положительных фронтов управляющих сигналов (фиг.2,д и фиг.2,е), представляющих собой взаимно инверсные меандры с частотой 1/(2T), уровни которых меняются в моменты окончания символьных интервалов.

Значения выходных сигналов первого 8 и второго 9 (фиг.2,н и фиг.2,о) сумматоров постоянны в течение любого символьного интервала и равны: в течение четных (к+2)-символьных интервалов - соответственно сумме и разности значений корреляционных интегралов

[a₁(к+1)+a₁(к)] и [-a₂(к+1)+a₂(к)],

в течение нечетных (к+1)-символьных интервалов - соответственно сумме и разности значений корреляционных интегралов

[a₁(к-1)+a₁(к)] и [-a₂(к-1)+a₂(к)].

С выхода второго сумматора 9 сигнал (см. фиг.2,о) поступает на первый вход перемножителя 11, на второй вход которого подают управляющий сигнал (см. фиг.2,д) с прямого управляющего выхода синхронизатора 1. На выходе перемножителя 11 получают сигнал (фиг.2,п), значения которого постоянны в течение любого символьного интервала и равны разности значений корреляционных интегралов: в течение четных (к+2)-символьных интервалов -

[a₂(к)-a₂(к+1)],

в течение нечетных (к+1)-символьных интервалов - соответственно

[a₂(к-1)-a₂(к)].

В результате в течение любого к-символьного интервала на прямой и инверсный входы компаратора 10 с выходов соответственно первого сумматора 8 и перемножителя 11 подают постоянные сигналы (см. фиг.2,н и фиг.2,п), имеющие значения

[a₁(к)+a₁(к+1)] и [a₂(к)-a₂(к+1)].

Компаратор 10 сравнивает значения этих сигналов и реализует алгоритм (1) оптимального когерентного приема сигналов с МФМ.

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

Сигнал (см. фиг.2,р) с выхода компаратора 10 подают на первый информационный выход устройства, а также на информационный вход относительного декодера 12, на тактовый вход которого с тактового выхода синхронизатора 1 поступает последовательность тактовых импульсов (см. фиг.2,б) с периодом следования Т.

На выходе относительного декодера 12 получают сигнал (фиг.2,т), 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,т) с выхода относительного декодера 12 подают на второй информационный выход устройства.

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

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 ФАПЧ 13 и 14, смеситель 15, ФНЧ 16, усилитель-ограничитель 17, инвертор 18 и выделитель 19 фронтов. При этом выходы первой и второй систем ФАПЧ 13 и 14 являются соответственно первым и вторым опорными выходами синхронизатора 1, выходы усилителя-ограничителя 17 и инвертора 18 - соответственно прямым и инверсным управляющими выходами синхронизатора 1, а выход выделителя 19 фронтов - тактовым выходом синхронизатора 1.

Возможный пример выполнения относительного декодера 12, известный из приведенной на фиг.6 электрической структурной схемы прототипа (см. авт. св. СССР №801298, кл. Н 04 L 27/14, 1981), показан на фиг.5. Относительный декодер 12 содержит элемент 20 задержки и перемножитель 21.

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.

Изобретение относится к радиотехнике. Технический результат заключается в повышении достоверности принимаемой информации. Сущность изобретения заключается в том, что устройство содержит синхронизатор, первый и второй корреляторы, первое, второе, третье и четвертое устройства выборки/хранения, первый и второй сумматоры, компаратор, перемножитель и декодер. 6 ил.

Устройство для приема сигналов с минимальной угловой модуляцией, содержащее синхронизатор, первый и второй корреляторы, первый сумматор, компаратор и относительный декодер, 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 первого сумматора подключен к прямому входу компаратора, отличающееся тем, что введены первое, второе, третье и четвертое устройства выборки/хранения, второй сумматор и перемножитель, выход которого подключен к инверсному входу компаратора, первый вход - к выходу второго сумматора, а второй вход - к управляющим входам первого и второго устройств выборки/хранения и к прямому управляющему выходу синхронизатора, инверсный управляющий выход которого соединен с управляющими входами третьего и четвертого устройств выборки/хранения, выходы которых подключены к первым входам соответственно первого и второго сумматоров, вторые входы которых соединены с выходами соответственно первого и второго устройств выборки/хранения, информационные входы которых подключены к выходам соответственно первого и второго корреляторов и к информационным входам соответственно третьего и четвертого устройств выборки/хранения, причем вход синхронизатора подключен к входу устройства, первым информационным выходом которого является выход компаратора, который подключен к информационному входу относительного декодера, выход которого является вторым информационным выходом устройства, синхровыход которого соединен с тактовым выходом синхронизатора.