СПОСОБ ДЕМОДУЛЯЦИИ СИГНАЛОВ ОТНОСИТЕЛЬНОЙ ФАЗОВОЙ МОДУЛЯЦИИ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2013 года по МПК H04L27/22 H03D3/00 

Заявляемое изобретение относится к области приема двоичных сигналов, передаваемых методом относительной модуляции (ОФМ), и может быть использовано для построения аппаратуры передачи дискретной информации.

Известен способ демодуляции сигналов относительной фазовой модуляции [1], заключающийся в том, что фильтруют демодулируемый сигнал S(t), формируют из упомянутого отфильтрованного демодулируемого сигнала S(t) последовательность прямоугольных импульсов Sn(t), соответствующих знаку его мгновенных значений, генерируют две опорные последовательности прямоугольных импульсов cn(t) и sn(t), соответствующих знаку мгновенных значений синфазного cos(2πf₀t) и квадратурного sin(2πf₀t) сигналов с частотой f₀, равной средней частоте демодулируемого сигнала, получают на длительности Т каждого элемента демодулируемого сигнала S(t) две корреляционные функции Y(t), X(t) сформированной последовательности прямоугольных импульсов Sn(t) с упомянутыми опорными последовательностями прямоугольных импульсов cn(t) и sn(t) соответственно, берут отсчеты Y_n, Х_n указанных корреляционных функций в момент окончания элемента сигнала, по которым получают оценку фазы Ф на данном n-м элементе сигнала S(t), вычисляют абсолютную величину разности оценок фаз |Ф_n-Ф_n-1|, полученных на данном и предыдущем элементах демодулируемого сигнала S(t), принимают решение о демодулированном (принятом) символе I на основании сравнения упомянутой абсолютной величины разности оценок фаз |Ф_n-Ф_n-1| с двумя пороговыми значениями разности фаз и . Причем получение оценки фазы Ф_n на данном n-ом элементе демодулируемого сигнала S(t) осуществляют путем поочередного использования в отдельности каждого из отсчетов Y_n и Х_n указанных корреляционных функций. Очередность использования упомянутых отсчетов Y_n и Х_n для получения оценки фазы Ф_n на данном n-м элементе демодулируемого сигнала S(t) определяется на основе сравнения абсолютных значений и знаков упомянутых отсчетов Y_n и Х_n по правилу:

В выражении (1) & - знак логического умножения.

Известен демодулятор сигналов относительной фазовой модуляции [1], состоящий из последовательно соединенных фильтра и первого блока выделения знака, первого и второго корреляторов, первого и второго блоков стробирования, решающего блока, выход которого служит выходом демодулятора, из генератора опорного колебания, фазовращателя, второго и третьего блоков выделения знака, генератора тактовых импульсов, из блока формирования оценки фазы, в свою очередь, состоящего из первого и второго инверторов, четвертого и пятого блоков выделения знака, коммутатора, из первого и второго блоков вычисления модуля, блока сравнения, первого генератора констант и первого сумматора. Решающий блок, в свою очередь, состоит из последовательно соединенных блока задержки, третьего инвертора, второго сумматора, третьего блока вычисления модуля, третьего сумматора, шестого блока выделения знака, а также из второго генератора констант, четвертого сумматора, седьмого блока выделения знака, четвертого инвертора, блока логического умножения. Причем второй вход второго сумматора соединен с входом блока задержки и служит входом решающего блока, второй вход третьего сумматора подключен к первому выходу второго генератора констант, выход шестого блока выделения знака соединен с первым входом блока логического умножения, выход которого соединен с выходом решающего блока и служит выходом демодулятора. Выход первого блока выделения знака подключен к соединенным вместе первым входам первого и второго корреляторов; выход генератора опорного колебания подключен к соединенным вместе входам фазовращателя и второго блока выделения знака, выход которого соединен со вторым входом первого коррелятора; выход фазовращателя соединен с входом третьего блока выделения знака, выход последнего подключен ко второму входу второго коррелятора; входы установки обоих корреляторов соединены вместе и подключены к первому выходу генератора тактовых импульсов, второй выход которого подключен к соединенным вместе вторым входам первого и второго блоков стробирования. Первый вход первого блока стробирования соединяется с выходом первого коррелятора, первый вход второго блока стробирования соединяется с выходом второго коррелятора. Первый вход блока формирования оценки фазы, подключенный к выходу первого блока стробирования, подключен также к соединенным вместе первому информационному входу коммутатора, входу первого инвертора, входу четвертого блока выделения знака, входу первого блока вычисления модуля. Второй вход блока формирования оценки фазы, подключенный к выходу второго блока стробирования, подключен также к соединенным вместе второму информационному входу коммутатора, входу второго инвертора, входу пятого блока выделения знака, входу второго блока вычисления модуля, выход первого инвертора подключен к третьему информационному входу коммутатора; выход второго инвертора соединен с четвертым информационным входом коммутатора, выход четвертого блока выделения знака подключен к соединенным вместе пятому управляющему входу коммутатора и первому управляющему входу первого генератора констант, выход пятого блока выделения знака подключен к соединенным вместе шестому управляющему входу коммутатора и второму управляющему входу первого генератора констант. Выход первого блока вычисления модуля подключен к первому входу блока сравнения; выход второго блока вычисления модуля подключен ко второму входу блока сравнения, выход которого, в свою очередь, подключен к соединенным вместе седьмому управляющему входу коммутатора и третьему управляющему входу первого генератора констант. Выход коммутатора подключен к первому входу первого сумматора, второй вход которого соединен с выходом первого генератора констант. Выход первого сумматора, служащий выходом блока оценки фазы, подключен к входу решающего блока. Вход фильтра служит входом демодулятора.

Работа известного способа заключается в последовательной реализации известным устройством демодуляции сигналов относительной модуляции следующих действий.

1. Приходящий по каналу связи сигнал S(t) поступает со входа демодулятора на вход фильтра, в котором осуществляется ослабление частотных составляющих, находящихся вне полосы частот демодулируемого сигнала. С выхода фильтра сигнал поступает на первый блок выделения знака, на выходе которого формируется последовательность прямоугольных импульсов Sn(t), соответствующая знаку мгновенных значений демодулируемого сигнала S(t).

В выражении (2) и в других приведенных ниже выражениях, с применением уточняющих условий, знак препинания "," (запятая) после указания соответствующего условия эквивалентен альтернативному союзу "или".

2. Последовательность прямоугольных импульсов Sn(t) с выхода первого блока выделения знака подается на соединенные вместе первые входы первого и второго корреляторов. На вторые входы корреляторов с выходов второго и третьего блоков выделения знака подаются опорные сигналы - пара ортогональных последовательностей прямоугольных импульсов cn(t) и sn(t), соответствующих знаку мгновенных значений синфазного cos(2π·f₀·t) и квадратурного sin(2π·f₀·t) сигналов с частотой fy, равной средней частоте демодулируемого сигнала, и описываемых выражениями (3а), (3б).

Входной сигнал второго блока выделения знака, обозначаемый cos(2π·f₀·t), формируется в генераторе опорного колебания. На вход третьего блока выделения знака подается сигнал sin(2π·f₀·t), квадратурный выходному сигналу генератора опорного колебания. Формирование квадратурного сигнала sin(2π·f₀·t) осуществляется фазовращателем.

На выходах первого и второго корреляторов формируются сигналы Y(t) и X(t), которые являются корреляционными функциями последовательности прямоугольных импульсов Sn(t) и опорных сигналов cn(t) и sn(t) соответственно.

3. В момент времени t=n·T, соответствующий моменту окончания n-го элемента демодулируемого сигнала ОФМ, по управляющему сигналу со второго выхода генератора тактовых импульсов через первый и второй блоки стробирования отсчеты Y_n и Х_n упомянутых корреляционных функций подаются на первый и второй входы блока формирования оценки фазы соответственно; значения отсчетов Y_n и Х_n корреляционных функций описываются выражениями:

После этого управляющим сигналом с первого выхода генератора тактовых импульсов осуществляется сброс корреляторов, после чего в корреляторах начинается вычисление корреляционных функций Y(t) и X(t) на следующем (n+1)-м элементе демодулируемого сигнала.

Генератор тактовых импульсов строится таким образом, чтобы моменты появления его выходных сигналов соответствовали границам элементов демодулируемого сигнала.

Как следует из выражений (4a) и (4б), отсчеты Y_n и Х_n представляют собой проекции последовательности прямоугольных импульсов Sn(t) на опорные сигналы cn(t) и sn(t) соответственно. При изменении начальной фазы φ демодулируемого сигнала S(t) на интервале (-π,π) отсчеты Y_n и Х_n описываются выражениями:

при этом:

где k - произвольное целое число,

Как видно из выражений (5)÷(8), функции Y_n(φ) и Х_n(φ) имеют размерность угловых единиц, в данном случае радиан; это позволяет использовать функции Y_n(φ) и Х_n(φ) в прототипе для получения в соответствии с правилом (1) оценки фазы Ф_n демодулируемого сигнала.

4. Отсчет Y_n с первого входа блока формирования оценки фазы поступает на соединенные вместе первый информационный вход коммутатора, вход первого инвертора, вход третьего блока выделения знака и вход первого блока вычисления модуля. Одновременно отсчет Х_n со второго входа блока оценки фазы поступает на соединенные вместе второй информационный вход коммутатора, вход второго инвертора, вход четвертого блока выделения знака и вход второго блока вычисления модуля. Проинвертированный в первом инверторе отсчет Y_n подается на третий информационный вход коммутатора, на четвертый информационный вход коммутатора подается проинвертированный во втором инверторе отсчет Х_n. Знак отсчета Y_n с выхода третьего блока выделения знака подается на соединенные вместе пятый управляющий вход коммутатора и первый управляющий вход первого генератора констант. Знак отсчета Х_n с выхода четвертого блока выделения знака подается на соединенные вместе шестой управляющий вход коммутатора и второй управляющий вход первого генератора констант. На соединенные вместе седьмой управляющий вход коммутатора и третий управляющий вход первого генератора констант из блока сравнения подается результат сравнения абсолютных значений отсчетов |Y_n| и |Х_n|, вычисленных в первом и втором блоках вычисления модуля соответственно. Выходной сигнал коммутатора поступает на первый вход первого сумматора, на второй вход которого подается сигнал с выхода первого генератора констант.

На выходе первого сумматора в соответствии с правилом (1) формируется оценка фазы Ф_n демодулируемого сигнала.

Оценка фазы Ф_n демодулируемого сигнала с выхода блока формирования оценки фазы (с выхода первого сумматора) поступает на вход решающего блока.

5. В решающем блоке на выходе второго сумматора формируется разность оценок фазы Ф_n и Ф_n-1, где Ф_n-1 - соответствует оценке фазы, полученной на предыдущем (n-1)-м элементе демодулируемого сигнала. Упомянутая оценка фазы Ф_n-1, полученная на предыдущем (n-1)-м элементе демодулируемого сигнала, подается на первый вход второго сумматора с выхода блока задержки через третий инвертор. Оценки фазы, последовательно поступающие на вход блока задержки, сохраняются в нем на время, равное длительности элемента демодулируемого сигнала. С выхода третьего блока вычисления модуля сигнал, соответствующий абсолютному значению разности оценок фаз |Ф_n-Ф_n-1|, подается на соединенные вместе первые входы третьего и четвертого сумматоров. На второй вход третьего сумматора из второго генератора констант подается сигнал, соответствующий числу Результат суммирования с выхода третьего сумматора подается на вход шестого блока выделения знака. На второй вход четвертого сумматора из второго генератора констант подается сигнал, соответствующий числу . Знак выходного сигнала четвертого сумматора, выделенный в седьмом блоке выделения знака, поступает на вход четвертого инвертора. Выходные сигналы шестого блока выделения знака и четвертого инвертора подаются на входы блока логического умножения. На выходе блока логического умножения формируется решение о демодулированном (принятом) символе I, "+1" или "-1", которое выдается на выход демодулятора.

При таком выполнении решающего блока в нем реализуется следующее правило принятия решения о значении демодулированного символа I:

Недостатком известных способа и устройства [1] являются ограниченные функциональные возможности, связанные с недостаточной помехозащищенностью демодуляции сигналов. Покажем это.

Предположим, что на вход демодулятора действует сумма взаимно независимых полезного сигнала ОФМ S(t) и аддитивной помехи ξ(t); обозначим эту сумму через Z(t)

После прохождения фильтра случайный процесс Z(t) подается на вход первого блока выделения знака, в котором подвергается нелинейному преобразованию, на его выходе формируется двоичная импульсная последовательность Zn(t) амплитудой, равной ±1. Статистические характеристики сформированной импульсной последовательности Zn(t) на выходе первого блока выделения знака определяются двумерной плотностью распределения W₂[S(t),ξ(t)] суммы демодулируемого сигнала S(t) и аддитивной помехи ξ(t). Методика определения закона распределения выходных сигналов нелинейных преобразователей приведена в [2].

Далее сформированная импульсная последовательность Zn(t) подается на соединенные вместе первые входы первого и второго корреляторов. На вторые входы корреляторов с выходов первого и второго блоков выделения знака подаются опорные сигналы - пара ортогональных последовательностей прямоугольных импульсов cn(t) и sn(t). В первом и втором корреляторах осуществляется вычисление пары корреляционных функций сформированной импульсной последовательности Zn(t) и ортогональных последовательностей прямоугольных импульсов cn(t) и sn(t) соответственно.

Определение закона распределения сформированной импульсной последовательности Zn(t) в общем виде затруднено, а зачастую - невозможно

[2]. Учитывая, что выходной сигнал первого блока выделения знака Zn(t) является случайным процессом, представляющим собой бинарную последовательность импульсов со случайно изменяющейся длительностью, любую его реализацию (напомним, конкретный вид, который случайный процесс принимает в данном опыте, называется реализацией случайного процесса) можно представить в виде суммы двоичной последовательность прямоугольных импульсов Sn(t) и некоторой дополняющей трехуровневой импульсной последовательности ζn(t).

Последовательность Sn(t) на длительности элемента сигнала представляет собой бинарную последовательностью импульсов скважности 2. Дополняющая импульсная последовательность ζn(t) представляет собой трехуровневую последовательность импульсов, положение которых на оси времени и длительность меняются случайным образом, амплитуда указанных импульсов также случайна и характеризуется значениями {-2, 0, 2}. Пример одной из реализации выходного сигнала первого блока выделения знака Zn(t), a также соответствующие ей реализации последовательностей Sn(t) и ζn(t) представлены на фиг.1.

Основываясь на [3, C.131], можно утверждать, что статистические характеристики изменения длительности импульсов в импульсной последовательности Zn(t) соответствуют статистическим характеристикам суммы демодулируемого сигнала S(t) и аддитивной помехи ξ(t). Это позволяет применить указанную модель, выражение (11), для качественной оценки влияния аддитивной помехи ξ(t) на помехозащищенность демодуляции сигнала S(t).

В соответствии с последовательностью действий, выполняемых в известных способе и устройстве [1], в момент времени t=n·T, соответствующий моменту окончания n-го элемента демодулируемого сигнала ОФМ, отсчеты упоминавшихся корреляционных функций, полученных в первом и втором корреляторах, подаются на первый и второй входы блока формирования оценки фазы. В соответствии с выражением (11) после подстановки Zn(t) получаем, что значения отсчетов корреляционных функций, обозначим их Y_nZ и Х_nZ, равны:

где y_n, х_n - значения отсчетов функций корреляции дополняющей импульсной последовательности ζn(t) и пары опорных ортогональных сигналов cn(t) и sn(t) соответственно, измеренных в момент окончания n-го элемента демодулируемого сигнала S(t).

После подстановки полученных значений отсчетов корреляционных функций, выражения (12а), (12б), в выражение (1) получаем оценку фазы демодулируемого сигнала Ф_nZ, учитывающую действие аддитивной помехи ξ(t) на демодулируемый сигнал S(t).

Если аддитивная помеха ξ(t) является случайным процессом, стационарным в узком смысле [2], то значения отсчетов y_n, х_n функций корреляции дополняющей импульсной последовательности ζn(t) и пары опорных ортогональных сигналов cn(t) и sn(t) по аналогии с выражением (8) должны удовлетворять условию:

где Δ_max - некоторая положительная величина, пропорциональная среднеквадратическому отклонению σ_ξ аддитивной помехи ξ(t).

Так как на практике при реализации поэлементной демодуляции (приема) сигнала ОФМ его мощность P_S должна превышать дисперсию аддитивной помехи сг², то имеет место неравенство .

Если дополняющая импульсная последовательность ζn(t) оказывается синфазной одному из опорных ортогональных сигналов cn(t) или sn(t), то абсолютное значение отсчета функций корреляции дополняющей импульсной последовательности ζn(t) и соответствующего опорного сигнала будет максимально и равняться по модулю Δ_max, а значение отсчета функций корреляции дополняющей импульсной последовательности ζn(t) и другого опорного сигнала обращаться в нуль.

Если предположить, что дополняющая импульсная последовательность ζn(t) синфазна опорному сигналу сn(t) и коэффициент их взаимной корреляции является положительной величиной, то будем иметь y_n=Δ_max, х_n=0. После подстановки значений y_n и х_n в выражение (13) видно, что из-за действия аддитивной помехи полученная оценка фазы Ф_nZ отличается от значения Ф_n, задаваемого выражением (1), на величину ΔФ_nZ. Такое же отличие Ф_nZ и Ф_n будет наблюдаться при синфазности дополняющей импульсной последовательности ζn(t) другому опорному сигналу sn(t).

Максимальное значение абсолютной величины отличия упомянутой оценки фазы |ΔФ_nZmax| может достигать величины

Такая величина абсолютного значения отличия оценки фазы |ΔФ_nZmax| объясняется тем, что в известных способе и устройстве [1] получение оценки фазы Ф_n, соответственно Ф_nZ, в момент окончания его n-го элемента независимо от значения начальной фазы φ принимаемого сигнала S(t) всегда осуществляется с поочередным использованием отсчетов только одной из упомянутых корреляционных функций: либо Y_n (Y_nZ), либо Х_n (Х_nZ). Фактически, получение оценки фазы Ф_n с применением правила (1) в прототипе-способе и прототипе-устройстве [1] осуществляется с использованием части энергии демодулируемого сигнала S(t).

Целью предлагаемого изобретения является расширение его функциональных возможностей путем повышения помехозащищенности демодуляции сигналов относительной фазовой модуляции за счет более полного использования энергии демодулируемых сигналов.

Поставленная цель достигается тем, что в способе демодуляции сигналов ОФМ, заключающемся в фильтрации демодулируемого сигнала S(t), в формировании из упомянутого отфильтрованного демодулируемого сигнала S(t) последовательности прямоугольных импульсов Sn(t), соответствующих знаку его мгновенных значений, в генерации двух опорных последовательностей прямоугольных импульсов cn(t) и sn(t), соответствующих знаку мгновенных значений синфазного cos(2πf₀t) и квадратурного sin(2πf₀t) сигналов с частотой f₀, равной средней частоте демодулируемого сигнала, в получении на длительности Т каждого элемента демодулируемого сигнала S(f) двух корреляционных функций Y(t), X(t) сформированной последовательности прямоугольных импульсов Sn(t) c упомянутыми опорными последовательностями прямоугольных импульсов cn(t) и sn(t) соответственно, во взятии отсчетов Y_n, Х_n указанных корреляционных функций в момент окончания элемента сигнала, в использовании упомянутых отсчетов Y_n, Х_n указанных корреляционных функций для получения оценки фазы Ф_n на данном n-м элементе сигнала S(t), в вычислении абсолютной величины разности оценок фаз |Ф_n-Ф_n-1|, полученных на данном и предыдущем элементах демодулируемого сигнала S(t), принятии решения о демодулированном (принятом) символе I на основании сравнения упомянутой абсолютной величины разности оценок фаз |Ф_n-Ф_n-1| с двумя пороговыми значениями разности фаз и . Причем получение оценки фазы Ф_n на данном n-м элементе демодулируемого сигнала S(t) осуществляют с применением правила (16):

в правиле (16) знак препинания "," (запятая) после указания соответствующего условия эквивалентен альтернативному союзу "или";

выражения в скобках, составляющие соответствующие условия, (Y_n>0), (Х_n>0), (Y_n≤0) и (Х_n≤0) имеют смысл логических переменных; & - знак логического умножения.

Для этого в демодуляторе сигналов ОФМ, состоящем из последовательно соединенных фильтра и первого блока выделения знака, а также из первого и второго корреляторов, первого и второго блоков стробирования, из генератора опорного колебания, фазовращателя, второго и третьего блоков выделения знака, генератора тактовых импульсов, из последовательно соединенных блока формирования оценки фазы, решающего блока, в свою очередь, состоящего из последовательно соединенных блока задержки, первого инвертора, первого сумматора, блока вычисления модуля, второго сумматора, четвертого блока выделения знака, а также из последовательно соединенных первого генератора констант, третьего сумматора, пятого блока выделения знака, второго инвертора, блока логического умножения; выход которого соединен с выходом решающего блока и служит выходом демодулятора, входом которого служит вход фильтра, причем второй вход первого сумматора соединен с входом блока задержки и служит входом решающего блока, второй вход второго сумматора подключен ко второму выходу первого генератора констант, выход четвертого блока выделения знака соединен со вторым входом блока логического умножения, выход первого блока выделения знака подключен к соединенным вместе первым входам первого и второго корреляторов; выход генератора опорного колебания подключен к соединенным вместе входам фазовращателя и второго блока выделения знака, выход которого соединен со вторым входом первого коррелятора; выход фазовращателя соединен с входом третьего блока выделения знака, выход последнего подключен ко второму входу второго коррелятора; входы установки обоих корреляторов соединены вместе и подключены к первому выходу генератора тактовых импульсов, второй выход которого подключен к соединенным вместе вторым входам первого и второго блоков стробирования, первый вход первого блока стробирования соединяется с выходом первого коррелятора, первый вход второго блока стробирования соединяется с выходом второго коррелятора. Выход первого блока стробирования соединен с первым входом блока формирования оценки фазы, второй вход которого подключен к выходу второго блока стробирования. В свою очередь, блок формирования оценки фазы включает в себя последовательно соединенные четвертый сумматор и пятый сумматор, выход которого подключен к первому информационному входу коммутатора, последовательно соединенные шестой сумматор, третий инвертор, седьмой сумматор, выход которого подключен ко второму информационному входу коммутатора, последовательно соединенные четвертый инвертор, восьмой сумматор, выход которого подключен к третьему информационному входу коммутатора, также в состав блока формирования оценки фазы входят девятый сумматор, выход которого подключен к четвертому информационному входу коммутатора, пятый инвертор, второй генератор констант и блок деления на два, выход которого является выходом блока оценки фазы. Причем к первому входу блока оценки фазы подключены соединенные вместе первый вход четвертого сумматора, первый вход шестого сумматора и пятый управляющий вход коммутатора, ко второму входу блока оценки фазы подключены соединенные вместе второй вход шестого сумматора, шестой управляющий вход коммутатора и вход пятого инвертора, подключенного своим выходом ко второму входу четвертого сумматора, второй вход пятого сумматора подключен к первому выходу второго генератора констант, второй выход которого подключен ко второму входу седьмого сумматора, третий выход второго генератора констант соединен со вторым входом восьмого сумматора, четвертый выход второго генератора констант соединен со вторым входом девятого сумматора, первый вход которого подключен к выходу шестого сумматора, вход четвертого инвертора подключен к выходу четвертого сумматора, выход коммутатора соединен с входом блока деления на два.

Заявляемое изобретение поясняется примером конкретного выполнения демодулятора сигналов ОФМ, приведенного на фигуре 2, содержащего фильтр 1, первый блок выделения знака 2, первый 3 и второй 4 корреляторы, первый 5 и второй 6 блоки стробирования, генератор опорного колебания 7, фазовращатель 8, второй 9 и третий 10 блоки выделения знака, генератор тактовых импульсов 11, блок формирования оценки фазы 12, решающий блок 13, состоящий из блока задержки 14, первого инвертора 15, первого сумматора 16, блока вычисления модуля 17, второго сумматора 18, четвертого блока выделения знака 19, первого генератора констант 20, третьего сумматора 21, пятого блока выделения знака 22, второго инвертора 23, блока логического умножения 24; в свою очередь, блок формирования оценки фазы 12 включает в себя четвертый 25 и пятый 26 сумматор, коммутатор 27, шестой сумматор 28, третий инвертор 29, седьмой сумматор 30, четвертый инвертор 31, восьмой 32 и девятый 33 сумматоры, пятый инвертор 34, второй генератор констант 35 и блок деления на два 36.

Работа заявляемого способа заключается в последовательной реализации заявляемым устройством следующих действий.

1. Приходящий по каналу связи сигнал S(t) поступает со входа демодулятора на вход фильтра 1, в котором осуществляется ослабление частотных составляющих, находящихся вне полосы частот демодулируемого сигнала. С выхода фильтра 1 сигнал поступает на первый блок выделения знака 2, на выходе которого в соответствии с выражением (2) формируется последовательность прямоугольных импульсов Sn(t), соответствующая знаку мгновенных значений демодулируемого сигнала S(t).

2. Последовательность прямоугольных импульсов Sn(t) с выхода первого блока выделения знака 2 подается на соединенные вместе первые входы первого 3 и второго 4 корреляторов. На вторые входы корреляторов с выходов второго 9 и третьего 10 блоков выделения знака подаются опорные сигналы - пара ортогональных последовательностей прямоугольных импульсов cn(t) и sn(t), соответствующих знаку мгновенных значений синфазного cos(2π·f₀·t) и квадратурного sin(2π·f₀·t) сигналов с частотой f₀, равной средней частоте демодулируемого сигнала, и описываемых выражениями (3а), (3б). Входной сигнал второго 9 блока выделения знака, обозначаемый cos(2π·f₀·t), формируется в генераторе опорного колебания 7. На вход третьего 10 блока выделения знака подается сигнал sin(2π·f₀·t), квадратурный выходному сигналу генератора опорного колебания 7. Формирование квадратурного сигнала sin(2π·f₀·t) осуществляется в фазовращателе 8.

3. На выходах первого 3 и второго 4 корреляторов формируются сигналы Y(t) и X(t), которые являются корреляционными функциями последовательности прямоугольных импульсов Sn(t) и опорных сигналов cn(t) и sn(t) соответственно.

4. В момент времени t=n·T, соответствующий моменту окончания n-го элемента демодулируемого сигнала ОФМ, по управляющему сигналу со второго выхода генератора тактовых импульсов 11 через первый 5 и второй 6 блоки стробирования отсчеты Y_n и Х_n упомянутых корреляционных функций подаются на первый и второй входы блока формирования оценки фазы 12 соответственно; значения отсчетов Y_n и Х_n корреляционных функций описываются выражениями (4а), (4б).

После этого управляющим сигналом с первого выхода генератора тактовых импульсов 11 осуществляется сброс корреляторов, после чего в корреляторах начинается вычисление корреляционных функций Y(t) и X(t) на следующем (n+1)-м элементе демодулируемого сигнала. Генератор тактовых импульсов 11 должен строиться таким образом, чтобы моменты появления его выходных сигналов соответствовали границам элементов демодулируемого сигнала.

5. В момент окончания n-го элемента демодулируемого сигнала ОФМ в блоке оценки фазы 12 из отсчетов Y_n и Х_n упомянутых корреляционных функций и выходных сигналов второго генератора констант 35 в соответствии с выражением (16) формируется оценка фазы сигнала Ф_n.

Второй генератор констант 35 должен реализоваться таким образом, чтобы на его первом выходе формировался сигнал, соответствующий числу , на втором выходе - числу , на третьем выходе - числу , на четвертом выходе - числу .

На выходе последовательно включенных пятого инвертора 34, четвертого сумматора 25 и пятого сумматора 26, то есть на первом информационном входе коммутатора 27, формируется сигнал ψ_n26, описываемый выражением

На выходе последовательно включенных шестого сумматора 28, третьего сумматора 29 и седьмого сумматора 30, то есть на втором информационном входе коммутатора 27, формируется сигнал ψ_n30, описываемый выражением

На выходе последовательно включенных четвертого инвертора 31 и восьмого сумматора 32, то есть на третьем информационном входе коммутатора 27, формируется сигнал ψ_n32, описываемый выражением

На выходе девятого сумматора 33, то есть на четвертом информационном входе коммутатора 27, формируется сигнал ψ_n33, описываемый выражением

В зависимости от знаков отсчетов Y_n и Х_n упомянутых корреляционных функций, поступающих на пятый и шестой управляющие входы коммутатора 27, на его выход выдается один из сигналов, описываемых выражениями (17а)÷(17г).

Если оба отсчета Y_n и Х_n упомянутых корреляционных функций положительны, то есть выполняется условие (Y_n>0)&(X_n>0), то на выход коммутатора 27 подается сигнал с первого информационного входа коммутатора 27, описываемый выражением (17а). При выполнении условия (Y_n>0)&(Х_n≤0) на выход коммутатора 27 подается сигнал со второго информационного входа коммутатора 27, описываемый выражением (17б); при выполнении условия (Y_n≤0)&(Х_n≤0) на выход коммутатора 27 подается сигнал с третьего информационного входа коммутатора 27, описываемый выражением (17в); при выполнении условия (Y_n≤0)&(Х_n>0) на выход коммутатора 27 подается сигнал с четвертого информационного входа коммутатора 27, описываемый выражением (17г).

Выходной сигнал коммутатора 27 поступает на вход блока деления на два 36, на выходе которого в соответствии с выражением (16) формируется оценка фазы сигнала Ф_n.

6. Сигнал с выхода блока деления на два 36 подается на вход решающего блока 13, в котором в соответствии с выражением (9) принимается решение о значении демодулированного символа I. Соответствующий сигнал с выхода блока логического умножения 24 о демодулированном (принятом) символе I, "+1" или "-1", выдается на выход демодулятора.

Для этого в решающем блоке 13 на выходе второго сумматора 17 формируется разность оценок фазы Ф_n и Ф_n-1, где Ф_n-1 соответствует оценке фазы, полученной на предыдущем (n-1)-м элементе демодулируемого сигнала. Упомянутая оценка фазы Ф_n-1, полученная на предыдущем (n-1)-м элементе демодулируемого сигнала, подается на первый вход второго сумматора 16 с выхода блока задержки 14 через третий инвертор 15. Оценки фазы, последовательно поступающие на вход блока задержки 14, сохраняются в нем на время, равное длительности элемента демодулируемого сигнала Т. На второй вход второго сумматора 16, соединенного с входом блока задержки 14, подается сигнал, соответствующий оценке фазы, из блока оценки фазы 12.

С выхода третьего блока вычисления модуля 17 сигнал, соответствующий абсолютному значению разности оценок фаз |Ф_n-Ф_n-1| на последовательности элементов демодулируемого сигнала, подается на соединенные вместе первые входы второго 18 и третьего 21 сумматоров. На второй вход второго сумматора 18 из первого генератора констант 20 подается сигнал, соответствующий числу . Результат суммирования с выхода второго сумматора 18 подается на вход четвертого блока выделения знака 19. На второй вход третьего сумматора 21 из второго генератора констант подается сигнал, соответствующий числу . Знак выходного сигнала третьего сумматора 21, выделенный в пятом блоке выделения знака 22, поступает на вход второго инвертора 23. Выходные сигналы четвертого блока выделения знака 19 и второго инвертора 23 по даются на входы блока логического умножения 24, на выходе которого, как указывалось ранее, формируется сигнал, соответствующий решению о демодулированном (принятом) символе I.

Покажем, что в заявляемом способе и заявляемом устройстве обеспечивается получение оценки фазы Ф_n с меньшей ошибкой, чем в известных способе и устройстве [1].

Предположим снова, что на вход демодулятора действует сумма Z(t) демодулируемого сигнала S(t) и аддитивной помехи ξ(t), описываемая выражением (10). После фильтрации в фильтре 1 сумма демодулируемого сигнала S(t) и аддитивной помехи ξ(t) подвергается нелинейному преобразованию в первом блоке выделения знака 2; на его выходе формируется последовательность прямоугольных импульсов Zn(t), соответствующих знаку мгновенных значений Z(t). В соответствии с выражением (11) сформированная последовательность прямоугольных импульсов Zn(t) может быть представлена в виде суммы двоичной последовательности прямоугольных импульсов Sn(t) и дополняющей трехуровневой импульсной последовательности ζn(t).

В первом 3 и втором 4 корреляторах осуществляется вычисление двух корреляционных функций Y(t), X(t) сформированной последовательности прямоугольных импульсов Zn(t) с опорными последовательностями прямоугольных импульсов cn(t) и sn(t) соответственно. В момент времени t=n·Т, соответствующий моменту окончания n-го элемента демодулируемого сигнала ОФМ, получаются отсчеты корреляционных функций, которые используются для получения оценки фазы.

Подставляя в правило (16) из выражений (12а), (12б) соответствующие значения отсчетов корреляционных функций Y_nZ и Х_nZ, учитывающих влияний аддитивной помехи, получаем на оценку фазы Ф_nZ демодулируемого сигнала S(t) на длительности его символа Т, которая из-за действия аддитивной помехи отличается от значения Ф_n, полученного из правила (16).

Если предположить, что дополняющая импульсная последовательность ζn(t), уже использованная выше для учета действия аддитивной помехи, оказывается синфазной одному из опорных ортогональных сигналов: cn(t) или sn(t), например, синфазна опорному сигналу cn(t), то на основании выражения (14) имеем |y_n|=Δ_max, х_n=0. Тогда по аналогии с (15) после несложных преобразований получаем, что максимальное значение абсолютной величины отличия |ΔФ_nZmax| оценки фазы Ф_nZ, определенной из выражения (18), от оценки фазы Ф_n, определенной из выражения (16), не превышает величины

Из сравнения выражений (15) и (19) видно, что в условиях действия аддитивной помехи максимальное значение абсолютной величины ошибки оценки фазы Ф_nZ, получаемой в заявляемых способе и устройстве, в два раза меньше соответствующего значения абсолютной величины ошибки оценки фазы Ф_nZ, получаемой в прототипе-способе и прототипе-устройстве [1].

Указанный эффект достигается в заявляемых способе и устройстве за счет более полного использования энергии демодулируемого (принимаемого) сигнала ОФМ. Как следует из вышеизложенного, применение заявляемого способа и заявляемого устройства может обеспечить энергетический выигрыш до 3 дБ в помехозащищенности демодуляции сигналов ОФМ по сравнению с применением прототипа-способа и прототипа-устройства.

Таким образом, достижение положительного эффекта от применения предлагаемого изобретения - расширение его функциональных возможностей путем повышения помехозащищенности демодуляции сигналов относительной фазовой модуляции за счет более полного использования энергии демодулируемых сигналов - можно считать доказанным.

Выражение (16) соответствует случаю представления оценки фазы Ф_n на интервале (-π,π).

При необходимости задания Ф_n на интервале (0,2π) получение оценки фазы Ф_n демодулируемого сигнала S(t) на длительности его символа Т может осуществляться с применением видоизмененного выражения (19). Обозначим получаемую с применением выражения (19) оценку фазы демодулируемого сигнала S(t) на длительности его символа Т через Ф_n/2π

Для реализации этого варианта способа получения оценки фазы Ф_n/2π в заявляемом устройстве (см. фиг.2) второй генератор констант 35 должен реализоваться таким образом, чтобы на его первом выходе формировался сигнал, эквивалентный числу , на втором выходе - числу , на третьем выходе - числу , на четвертом выходе - числу .

При этом на выходе пятого сумматора 26, то есть на первом информационном входе коммутатора 27, формируется сигнал, описываемый выражением

на выходе седьмого сумматора 30, то есть на втором информационном входе коммутатора 27, формируется сигнал, описываемый выражением

на выходе восьмого сумматора 32, то есть на третьем информационном входе коммутатора 27, формируется сигнал, описываемый выражением

на выходе девятого сумматора 33, то есть на четвертом информационном входе коммутатора 27, формируется сигнал, описываемый выражением

В остальном работа блока оценки фазы 12 соответствует работе этого блока по первому варианту его построения, описанному выше.

Приведенная последовательность выполнения операций в описанных вариантах реализации способа, а также приведенные состав и соединение блоков в реализации устройства необходимы и достаточны для получения заявленного положительного эффекта.

Особенность заявляемых способа и устройства состоит в том, что заявленный положительный результат достигается также, если знаки отношения "≤" и ">" в приведенных в описании неравенствах заменить попарно на знаки отношения "<" и ">" соответственно.

Правило принятия решения о значении демодулированного символа I, задаваемое выражением (9), должно применяться в случае, когда в модулированном сигнале сдвиг фазы на π осуществляется при передаче двоичного символа "1". В случаях, когда сдвиг фазы сигнала на π осуществляется при передаче двоичного символа "-1", на выходе демодулятора следует осуществить инверсию значения демодулированного символа I, определенного с применением правила принятия решения (9).

Блоки, входящие в состав заявляемых устройств, известны в технике. Для реализации заявляемых устройств могут быть использованы как соответствующие блоки устройства-прототипа [1], так и блоки, описанные в литературе.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Пат. РФ 2408996. Способ демодуляции сигналов относительной фазовой модуляцией и устройство для его осуществления. / Абаренов С.П., Кабардин Г.А., Криволапов Г.И. Приоритет от 11.03.2009 г.

2. Левин Б.Р. Теоретические основы статистической радиотехники. Кн. первая. - М.: Сов радио, 1969. 752 с.

3. Гладкий B.C. Вероятностные вычислительные модели. М.: Наука, 1978. 299 с.

Изобретение относится к области приема двоичных сигналов, передаваемых методом относительной модуляции (ОФМ), и может быть использовано для построения аппаратуры передачи дискретной информации. Достигаемый технический результат - повышение помехозащищенности демодуляции сигналов ОФМ. Способ демодуляции сигналов ОФМ заключается в формировании из отфильтрованного демодулируемого сигнала S(t) последовательности прямоугольных импульсов Sn(t), в генерации двух опорных последовательностей прямоугольных импульсов cn(t) и sn(t), соответствующих знаку мгновенных значений синфазного cos(2πf₀t) и квадратурного sin(2πf₀t) сигналов с частотой f₀, равной средней частоте демодулируемого сигнала, в получении на длительности Т каждого элемента демодулируемого сигнала S(t) двух корреляционных функций Y(t), X(t) сформированной последовательности прямоугольных импульсов Sn(t) с упомянутыми опорными последовательностями прямоугольных импульсов cn(t) и sn(t) соответственно, во взятии отсчетов Y_n, Х_n указанных корреляционных функций в использовании их для получения оценки фазы Ф_n на данном n-м элементе сигнала S(t) с использованием заданного математического выражения, в вычислении абсолютной величины разности оценок фаз |Ф_n-Ф_n-1|. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ демодуляции сигналов ОФМ, заключающийся в фильтрации демодулируемого сигнала S(t), в формировании из упомянутого отфильтрованного демодулируемого сигнала S(t) последовательности прямоугольных импульсов Sn(t), соответствующих знаку его мгновенных значений, в генерации двух опорных последовательностей прямоугольных импульсов cn(t) и sn(t), соответствующих знаку мгновенных значений синфазного cos(2πf_оt) и квадратурного sin(2πf_оt) сигналов с частотой f_o, равной средней частоте демодулируемого сигнала, в получении на длительности Т каждого элемента демодулируемого сигнала S(t) двух корреляционных функций Y(t), X(t) сформированной последовательности прямоугольных импульсов Sn(t) с упомянутыми опорными последовательностями прямоугольных импульсов cn(t) и sn(t), соответственно, во взятии отсчетов Y_n, X_n указанных корреляционных функций в момент окончания элемента сигнала, в использовании упомянутых отсчетов Y_n, X_n указанных корреляционных функций для получения оценки фазы Ф_n на данном n-м элементе сигнала S(t), в вычислении абсолютной величины разности оценок фаз |Ф_n-Ф_n-1|, полученных на данном и предыдущем элементах демодулируемого сигнала S(t), принятии решения о демодулированном (принятом) символе I на основании сравнения упомянутой абсолютной величины разности оценок фаз |Ф_n-Ф_n-1| с двумя пороговыми значениями разности фаз и отличающийся тем, что получение оценки фазы Ф_n на данном n-м элементе демодулируемого сигнала S(t) осуществляют с применением правила:

где & - знак логического умножения.

2. Демодулятор сигналов относительной фазовой модуляции, состоящий из последовательно соединенных фильтра и первого блока выделения знака, а также из первого и второго корреляторов, первого и второго блоков стробирования, из генератора опорного колебания, фазовращателя, второго и третьего блоков выделения знака, генератора тактовых импульсов, из последовательно соединенных блока формирования оценки фазы и решающего блока, в свою очередь состоящего из последовательно соединенных блока задержки, первого инвертора, первого сумматора, блока вычисления модуля, второго сумматора и четвертого блока выделения знака, а также из последовательно соединенных первого генератора констант 0, третьего сумматора, пятого блока выделения знака, второго инвертора и блока логического умножения; выход которого соединен с выходом решающего блока и служит выходом демодулятора, входом которого служит вход фильтра, причем второй вход первого сумматора соединен с входом блока задержки и служит входом решающего блока, второй вход второго сумматора подключен к второму выходу первого генератора констант, выход четвертого блока выделения знака соединен со вторым входом блока логического умножения, выход первого блока выделения знака подключен к соединенным вместе первым входам первого и второго корреляторов, выход генератора опорного колебания подключен к соединенным вместе входам фазовращателя и второго блока выделения знака, выход которого соединен со вторым входом первого коррелятора, выход фазовращателя соединен с входом третьего блока выделения знака, выход последнего подключен ко второму входу второго коррелятора, входы установки обоих корреляторов соединены вместе и подключены к первому выходу генератора тактовых импульсов, второй выход которого подключен к соединенным вместе вторым входам первого и второго блоков стробирования, первый вход первого блока стробирования соединяется с выходом первого коррелятора, первый вход второго блока стробирования соединяется с выходом второго коррелятора, выход первого блока стробирования соединен с первым входом блока формирования оценки фазы, второй вход которого подключен к выходу второго блока стробирования, отличающийся тем, что блок формирования оценки фазы включает в себя последовательно соединенные четвертый сумматор и пятый сумматор, выход которого подключен к первому информационному входу коммутатора, последовательно соединенные шестой сумматор, третий инвертор, седьмой сумматор, выход которого подключен ко второму информационному входу коммутатора, последовательно соединенные четвертый инвертор и восьмой сумматор, выход которого подключен к третьему информационному входу коммутатора, также в состав блок формирования оценки фазы входят девятый сумматор, выход которого подключен к четвертому информационному входу коммутатора, пятый инвертор, второй генератор констант и блок деления на два, выход которого является выходом блока оценки фазы, причем к первому входу блока оценки фазы подключены соединенные вместе первый вход четвертого сумматора, первый вход шестого сумматора и пятый управляющий вход коммутатора, ко второму входу блока оценки фазы подключены соединенные вместе второй вход шестого сумматора, шестой управляющий вход коммутатора и вход пятого инвертора, подключенного своим выходом ко второму входу четвертого сумматора, второй вход пятого сумматора подключен к первому выходу второго генератора констант, второй выход которого подключен ко второму входу седьмого сумматора, третий выход второго генератора констант соединен со вторым входом восьмого сумматора, четвертый выход второго генератора констант соединен со вторым входом девятого сумматора, первый вход которого подключен к выходу шестого сумматора, вход четвертого инвертора подключен к выходу четвертого сумматора, выход коммутатора соединен с входом блока деления на два.