ПРИЕМНОЕ УСТРОЙСТВО ФАЗОМАНИПУЛИРОВАННЫХ СИГНАЛОВ Российский патент 2005 года по МПК H04L27/00 

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);

3₁-3_n - согласованные фильтры;

4₁-4_n - решающие устройства;

5 - получатель информации;

6 - гетеродин;

7 - синхронизатор;

8 - демультиплексор;

9, 10 - первый и второй элементы "И";

11₁-11_n - 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 11_n соединен с входом n-го согласованного фильтра 3n.

Выходы n-согласованных фильтров 3₁-3_n соединены соответственно с входами решающих устройств 4₁-4_n, 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 3₁-3_n. 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 11₁-11_n, где производится задержка на К тактов (для первого регистра К=n, для n-го регистра К=1).

С выходов регистров сдвига 11₁-11_n задерживаемый на К тактов сигнал М последовательности в виде n сегментов поступает на вход одного из n соответствующего согласованного фильтра 3₁-3_n.

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.

ТаблицаmBN·n377·14153·553131·16637·97127I27·1

Продолжение Таблицы 825515·I795117·7310102331·3311204723·8912409563·651381918191·11416383127·129153276731·10571665535255·257

Легко показать, что для чтения m В=2^m-1 всегда можно разложить на два множителя, используя формулу для разности квадратов (a²-b²)=(a+b)(a-b)

B=2^m-1=(2^m/2-1)(2^m/2+1)=N·n=N(N+2)

То есть М - последовательность с периодом (2^m-1) при m четном, всегда можно разложить на N+2 М последовательности с периодом N=2^m/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 3₁-3_n, где производится их одновременное сворачивание. Свернутый сигнал с выходов согласованных фильтров 3₁-3_n поступает соответственно на входы решающих устройств 4₁-4_n, 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 4₁-4_n.

Для поиска сигнала по частоте синхронизатор 7 перестраивает гетеродин 6. При окончании поиска и вхождения в синхронизм на выходе решающих устройств 4₁-4_n 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.

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.

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.