Устройство для адаптивного приема дискретных сигналов Советский патент 1984 года по МПК H04L27/227 

1 . Изобретение относится к технике связи и может быть использовано в системах передачи дискретной информации с повышенными скоростями по многолучевым коротковолновым канала связи. Известно устройство для адаптивного приема дискретных сигналов в многолучевом .коротковолновом канале содержащее последовательно соединен ные приемник и. адаптивный корректор Ci3. Недостатком этого устройства является то, что оно не обеспечивает необходимой достоверности приема дискретных сигналов. Наиболее близким техническим реш нием к изобретению является устройство для адаптивного приема дискрет ных сигналов, содержащее приемник, первый выход которого подключен к входу первой линии задержки, первый блок регуляторов, выходы которого соединены с первыми входами основного сумматора, анализатор сигналов выход которого соединен с входом блока управления, и адаптивный корректор Г2. Однако известное устройство обла дает низкой помехоустойчивостью. Цель изобретения - повышение помехоустойчивости . Цель достигается тем, что в устройство для адаптивного приема дискретных сигналов, содержащее приемник, первый выход которого под ключен к входу первой линии задержки, первый блок регуляторов, выходы которого соединены с первыми входами основного сумматора, анализатор сигналов, выход которого соединен с входом блока управления, и адаптивный корректор,введены вторая линия задержки, второй блок регуляторов, дополнительный сумматор, знаковый перемножитель, два блока перемножителей, два блока сглаживающих фильтров, усилитель-ограничитель и переключатель, выход которого через усилитель-ограничитель подключен к входу анализатора сигналов и к первым входам первого и второго блоков перемножителей, выхо ды которых соединены с входами соответственно первого и второго блоков сглаживающих фильтров, выходы которых подключены к управляюищм входам соответственно первого и второго блоков регуляторов, инфор0 2 мационные входы которых соединены с первыми выходами соответственно первый и второй линий задержки, вторые выходы которых подключены к вторым входам соответственно первого и второго блоков перемножителбй, причем второй выход приемника подключен к входу второй линии задержки, центральный из первых выходов которой соединен с первьм входом знакового перемножителя, второй вход которого соединен с первым выходом блока управления, второй выход которого, соединен с первым входом переключателя, второй вход которого соединен с выходом основного сумматора, вторые входы основного сумматора соединены с выходами второго блока регуляторов, выход знакового перемножителя подключен к первому входу дополнительного сумматора, второй вход которого подключен к центральному из первых выходов первой линии задержки, а выход дополнительного сумматора соединен с третьим входом переключателя. На фиг.1 изображена структурная электрическая схема предложенного устройства на фиг.2-4 - диаграммы, поясняюпяе работу устройства. Устройство для адаптивного приема дискретных содержит приемник 1, адаптивный корректор 2, первую и вторую линии 3 и 4 задержки, первый и второй блою 5 и 6 регуляторов, основной сумматор 7, первый и второй блоки 8 и 9 перемножителей ,первый и второй блоки 1О и 11 сглаживающих фильтров, усилительограничитель 12, анализатор 13 сигналов, блок 14 управления, переключатель 15, дополнительшй сумматор 16, знаковый, перемножитель 17. Приемник содержит первый и второй перемножители 18 и 19 интеграторы 20 и 21, генератор 22, фазовращатель 23. Устройство по однолучевому коротковолновому каналу работает следующим образом. Фазоманипулированный сигнал S(t), поступающий на вход приемника 1, может быть представлен в виде S(t) R{t) cosu)цt, где R(t) - ФМ огибаю1цая сигнала, несущая полезную информацию, и1ц - несущая частота принимаемого сигнала. Этот сигнал в перемножителях 18 и 19 перемножается с опорными колебаниями частоты tUj, находящимися в отношении друг к другу в квадратуре, которь в,.поступают с генератора 22 опорного колебания на перемножитель 18 непосредственно, а на перемножитель 19 - фазовращатель 23 на 90 . Интеграторы 20 и 21 произ- водят оптимальную фильтрацию полученных сигналов в пределах длительности элементарного символа.

В результате детектирования вход него сигнала в приемнике происходит разделение полезного сигнала R(t) на две составляющие (фиг. 2 «, 6) : R( R(tUo5(u)-Wj,}i синфазного (условно) подканала и R() , R(t) квадратурного подканала, где )j, yj - медленноменяющийся во времени угол взаимной расстройки фаз несущей частоты сигнала и опорного колебания, Ч - начальная фаза.

Для осуществления.приема фазоманипулированного сигнала необходимо выполнить полное восстановление сигнала, которое может быть проведено путем взвешенного сложения состав лякш(их R(t) R(t) с коэффициентами )u-u;j, )i+1/ и ))t- Ч (фиг.2 ,г ) . Действительно, производя геометрическое сложение R(t) и R(t) (фиг.,е,, получим

.gi,,)t 4 -R Wsinf(u,-u,j;..f

R(tico3l

R(t)co92(coH-wJt if +R(t)siii2gu,-u)J,

) .

С этой црлью сигналы с выходов приемника .1. проходят линии 3 и 4 задержки (шаг задержки равен 1/2 fg, где fg - верхняя граничная частота сигнала R(t)), и центральными отводами приходят на дополнительный сумматор 16, с вьпсода которого сигнал поступает через переключатель 15, адаптивный корректор 2 на вход усилителя-ограничителя 12, а с выхода последнего ограниченный по амплитуде сигнал поступает на блоки 8 и 9 перемножителей и анализатор 13 сигналов, который дает оценку качества сигнала с выхода адаптивного корректора 2 в градациях

хорошо

или плохо и вьщает соответствующий сигнал в виде наличия или отсутствия напряжения постоянного тока на блок 11 управления. Анализатор 13 сигналов работает по принципу анализа краевых искажений ин формационного сигнала, т.е. анализа разбрсюа характеристических мо- i ментов восстановления, или отклоне-

5 НИИ отсчетных значений информационного сигнала по середине элемен- . тарного символа от среднего значения. При отсутствии искажений сигнала или шумов краевые искажения отсут0 ствзпот, в противном случае - присутствуют.

Блок 14 управления предназначен для управления электронньм переключателем 15 и знаковым перемножите5 лем 17. Сигналы управления подаются в виде наличия или отсутствия постоянного напряжения. Алгоритм работы блока 14 управления таков, что при сигнале Плохо с анализато-

0 ра 13 сигналов электронный переключатель 15 коммутирует на вход

. адаптивного корректора 2 выход дополнительного сумматора 16, с появлением сигнала Хорошо с анализа тора 13 сигналов на вход адаптивного корректора 2 подключается выход сумматора 7,

Знаковый перемножитель 17 представляет собой управляемый инвер0 тор в зависимости от сигнала управления с блока J4 управленияj который также формируется в виде наличия или отсутствия постоянного напряжения, в связи с чем фаза пропус5 каемого сигнала остается хфямой или обратной. Длительность сигнала управления на перемножитель 17 должна быть не менее длительности времени настройки адаптивного

0 корректора 2.

Знаковый перемножитель 17 периодически переключает фазу сигнала при сигнале Плохо с анализатора 13 сигналов и остается-в том положешш,

5 при котором оказался во время появления сигнала Хорошо с анализатора 13 сигналов. говоря, знаковый перемнозкитель 17 должен согласовать по знакусигналы на входах до50 полнйтельного сумматора 16, в противном случае, сигналы вычтутся, в результате чего анализатор 13 сигналов даст ложный сигнал Плохо. Блоком 14 управления создаются

55 условия для беспрепятственного прохождения сигнала на выход адаптивногго корректора 2. Если сигнал приходит без йска жений, адаптивный корректор 2 пропускает его, не корректируя. Устройство в целом в начальный момент не работает, поскольку нет управляющих сигналов на регуляторах блоков 5 и 6. Функциональные блоки устройства по назначению разделяются на две группы. Первая группа - блоки собственно взвешенного сложения (секционные) - линии 3 и 4 задержки, блоки 5 и 6 регуляторов, сумматора 7, которые предназначены для взвешенного сложения мощности лучей сигнала. Вторая группа - блоки перемножителей 8 и 9, блоки 10 и 1 сглаживающих фильтров - представляе собой коррелометр, предназначенный для получения импульсной реакции канала связи на единичный элементар ньш символ. Импульсная реакция линейного четырехполюсника является важной характеристикой, определяющей его частотные свойства, и определяет взаимную корреляционную функцию между сигналами на входе и выходе четьфехполюсников. Импульсная реакция канала связи дает полную картину многолучевости радиоканала с характеристикой интенсивностей лучей, их знака, времени запаздывания лучей. Она представляется в форме ряда Котельников элем ентарной функцией которой являsin XK (фиг.За). Эта ется функция функция симметрична, имеет в отсчет ных точках нулевые значения кроме основной, в которой функция имеет единичное значение. Отсчетные точки функции берутся во времени с такТОМ Т верхняя граничная частота спектра инфррмацион ного сигнала R(t). В связи с этим, при изображении импульсной реакции нет необходимос ти изображать полностью временные sin XK формы лучей в виде- , а можн пользоваться решетчатым изображени функции в виде высоты линии основного отсчетного значения. Импульсную реакцию радиоканала получать зондированием единичного импульса нет необходимости, что заменяется вычислением взаимна корреляционной функхдаи между информационным сигна лом в подканалах, обладающих много лучевостью, и информационным сигна лом с выхода адаптивного корректор 0 котором мешающие лучи подавлеНа фиг.35 показана функция sin XK не оптимально стробированная по времени, что приводит к разложению данной функции в ряд Кательникова с коэффициентами, равными значениям функции в отсчетных точках. На фиг.Зв показан пример импульсной реакции двухлучевого канала с задержкой второго луча, не кратной 1/2 fg|4To фактически является примером многолучевого сигнала . Поэтому работа устройства рассматривается на примере двухлучевого сигнала (фиг.4) с задержкой С, кратной величине времени 1/2 f. Импульсные реакции изображены решетчатыми, от которых может блть сделан переход к непрерывному изображению импульсных реакций-типа представленных на фиг.З. С появлением сигнала на выходе адаптивного корректора 2 в блоках 8 и 9 перемножителей начинает вычисляться импульсная реакция радиоканала. Выходы (отводы) с секционных линий 3 и 4 задержки, подаваемые на блоки 8 и 9 перемножителей, смещены относительно отводов, подаваемых на блоки 5 и 6 регуляторов на величину задержки сигнала в адаптивном .корректоре 2 (Ко,). Это необходимо для временного согласования перемножаемых сигналов. Поскольку в данном случае речь идет об однолучевом сигнале, то импульсная реакция радиоканала представляется на выходах блоков фильтsin Х|с ров решетчатой функцией k (фиг.Зм), т.е. напряжение присутствует только на центральных выходах блоков 18 и 17 фильтров. Величина и знак этих напряжений целиком и полностью подчинаются закономериостям (фиг.2 В,г ) cos(u).u,Ji.i и Sin(,)U4. Эти напряжения, попадая на центральные регуляторы блоков 5 и 6 регуляторов, согласованно упраапять прохождением сигналов с центральных выходов отводов секционных линий 3 и 4 задержек, в сумматоре 7 происходит согласованное сложение сигналов R (t) и R(t) .(фиг. 2 д, е ,ж), с выхода которого уже через открытый (электронньй) переключатель 15 сигнал поступает на адаптивный корректор 2 в итоге как бы замыкая цикл вхождения в рабочий режим, который далее поддерживается автоматически без участия в работе дополнительног сумматора 16. Устройство по многолучевому коротковолновому каналу .(двухлучевому) работает следующим образом. Фазоманипулированный сигнал S(t) на входе приемника 1 может быть представлен в виде .5(t)5(th52(t-f)oiR(t|c.(t-C; xco5(U)j,t + e) R(t)co5w t+R2{i:)cos( где R-(t) и R«(t) - огибающие фазоманипулированносигнала первого и второго лучеЙ f - время запаздыван я второго луч относительно первого, сОц - несущая частота принимаемого сигнала О - смещение фазы несущей второго луча по отноше нию к фазе несущей первого луча. В результате детектирования входного сигнала на перемножптелях 18 и 19 и оптимальной фильтрации интеграторами 20 и 21 происходит разделение интенсивностей лучей R.(t) и R(t) на составляющие: в синфазномподканале, , o(R(t|co5(u)-w,)(t-T)co5(u))J-i-f R;(tKR;,(.tl; в квадратурном подканале o,R(t|sin(u)-u,Jt-Vj.Bfi(t-E))Jt .if49 R:;(t)Rj(t) , где дополнительно штрихами отмечена принадлежность сигналов к синфазному и квадратурному подканалам. С помощью устройства собираются в единый результирующий сигнал R(t) раздельные компоненты R(t), R(t), . ) и ). С этой целью сигналы .с выходов приемника 1 проходят секционные линии 3 и 4 задержки (фиг.4 а, 5), центральными отводами приходят на дополнительный сумматор 16, где в зависимости от фаз составляющих лучей происходит сложение или вычитание интенсивностей лучей (фиг.4 в ). Важным условием преобразования сигналов на этом этапе является образование, преобладания по интенсивности одного из лучей над,другим в целях обеспечения работоспособности адаптивного корректора 2. В принципе работы корректоров типа гармонических, применяемых для коррекции принимаемых сигналов, действует закономерность компенсации слабого луча сильным. При равенстве интенсивностей лучей адаптивный корректор 2 не производит коррекции сигнала, оставляя на своем выходе сигнал многолучевым. Введенный знаковый перемножитель 17 по сигналу с блока 14 управления через заданное время производит инверсию сигнала квадратурного подканала на входе дополнительного сумматора 16. При этом происходит вычитание сигналов с центральных выходов (отводов) линий 3 и 4 задержек, что в итоге должно изменить соотношение интенсивностей лучей в сторону преобладания одного из лучей. На фиг.46 показано, что в .результате сложения эпюр фигур 4а и 45 такое преобладание получено. С выхода дополнительного сумматора 16 сигнал поступает через электронный переключатель 15 на вход адаптивного корректора 2, .который осуществляет коррекцию сигнала, компенсируя лучом R(t) луч R2(t) (фиг.41-) спустя время 1Г„.. (время задержки адаптивного корректора 2). При этом на выход адаптивного корректора 2 проходит сигнал сильного сигнал слабого подавлен, причем независимо от того, первый или второй луч преобладающий. Это значит, что в начальной стадии настройки всего устройства прием сигнала будет начат по сильному лучу на выходе дополнительного сумматора 16 без различия к его порядковому номеру. С появлением скорректированного сигнала на выходе адаптивного корректора 2 (фиг.41, ) анализатор 13 сигналов вьфабатьюает сигнал Хорошо, блок 14 управления прекращает переключение знакового перемножителя. Также начинают работу блоки 8 и 9 перемножителей, блоки 10 и 11 сглаживающих фильтров, на выходах которых формируется решетчатая импульсная реакция радиоканала по составляющим казкдого подканала (фиг.4 di€) в виде постоянных напря женйй, изменяняцнхся во-времени согласно выражениям « С05 (.toosRui -w ji+V el 1ДЛЯ синфазного п«рдканайа и ()) для квадратурного подканала. Эти напряжения подаются на регуляторы блоков 5 и 6, определяя весовые коэ фициенты слагаемых сигналов с выходов (отводов) секционных линий 3 и 4 задержек. Таким образс(, имеем на выходе сумматора 7 )4((h-%) )+R5((.Jt+4 e + ()) (i«„-ш) -Ь()) cosgu,-u Jt - e }acos(,Jl + {о( RWco5() ( X cos(w, ,eos()i+y+e {«R((u,-u,)t. R(t-2ir) X Sin(u)-W() c(sin(). Ползгчен трехлучевой результирукщий сигнал, s котором мощность второго луча равна сумме мощностей исходных лучей в радиоканале, а :п ервь1й и третий лучи равны по мощности и отстоят на время t по обе стороны от второго луча, приче мощность каждого всегда меньше мощ ности второго луча. Этим самым соз дается условие корректируемости сигнала. 1фоме того, при 9г рез тирукмций сигнал после сложения мощ ностей лучей становится однолучевы что является важной особенностью работы устройства. Сложение поясняется фиг.4, лри этом составляющая R(t) эпюры 4в берется с весом R2(t) эпюры 4д, получается эпюра 4 ж ; составлякнцая RJ|(t) эпюры 4« берется с весом R(t) эпюры 4д,получается эпюра 4з, составляющая Rl,(t) эпюры 45 берет и у ч.1 ся с весом R.(t) эпюры 4е,получает- -- ся эпюра 4 и 5 составляющая ) эпюры 45 берется с весом R (t) эпюры 4е, получается эпюра 4 к. В итоге все сум№1руемые лучи эпюр 4 ж , з , и , k согласованы по времени и полярности. Второй л3 результирующего сигнала превышает первый и третий лучи B, семь раз, в чем сказался эффект сложения. По решетчатой импульсной реакции (фиг.4 л ) может быть сделан переход к непрерывной импульсной реакции путем и;эображёния лучей в sin XK виде функции и их сложения Такой сигнал поступает через электронный переключатель 15, который по сигнале Хорошо с анализатора 13 сигналов открыт. Адаптивный корректор 2 подавляет мещающие первый и третий лучи. Оставогайся второй луч проходит на выход устройства, а также поступает после ограничения на анализаторы 13 -сигналов и блоки 8 и 9 перемножителей. Таким образом, настройка устройства завершается, когда в цепях обратных связей устанавливается устойчивый процесс коррекция-согласованное сложение-коррекция. Устойчивость процесса обеспечивается определенным быстродействием перестройки адаптивного корректора 2 под изменяющуюся структуру многолучевости информационного сигнала, в то же время основной (второй) луч результирунщего сигнала становится менее динамичным, так как изменения луча исходного сигнала составляют долю основного луча результирукедего сигнала. При замирании сигнала с радиокаг нала происходит ухудшение приема, что приводит к срыву работы устройства. С появлением сигнала процесс вхояодения в связь устройства повтоРяется в-последовательности, описанной выше. OcHoBHcrfi луч суммарного сигнала обладает тем свойством, что его временное положение, т.е. задержка не зависит от изменения соотношения интенсивностей лучей в исходном многолучевом сигнале, как в известном устройстве для адаптивного прие ма дискретных сигналов, в котором на выход адаптивного корректора 2 проходит только сильный луч исходного сигнала. При изменении соотношений интенсивностей лучей информационный сигнал в итоге на выходе адаптивног корректора 2 получает дополнительную задержку на величину разности хода лучей исходного сигнала. Это означает, что в предлагаемом устрой стве не нужны дополнительные узлы по компенсации временных смещений информации, назьшаемые устройствами цикловой синхронизации. Точность ко рекщш адаптивным корректором 2 повышается, поскольку улучшилось соотношение лучей в результирующем сигнале в пользу основного луча. Аналогично может быть рассмотрен работа устройства на примере трехлу чевого сигнала. 40 .12 Таким образом, в результате введения новых узлов и связей создается возможность приема дискретных сигналов в многолучевом коротковолновом канале с привлечением знергии всех лучей, что позволяет повысить помехоустойчивость приема информации и, как следствие, снизить мощность радиопередатчика, что является важным фактором в организации и обеспечении радиосвязи. Энергия лучей при этом слагается алгебраически, а помех - геометрически. Исключаются срывы работы устройства, вызванные перестройкой адаптивного корректора при переходе приема с одного луча на другой, так как результирующий сигнал обеспечивает постоянство превышения основного (центрального) луча над смежными (мешающими)« Установлено, что работа устройства не требует дополнительных устройств по компенсации .временных смещений информации, а также повьш1ает точность коррекции сигнала.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ АДАПТИВНОГО ПРИЕМА ДИСКРЕТНЫХ СИГНАЛОВ, содержащее приемник, первьй выход которого подключен к входу первой линии задержки, первьй блок регуляторов, выходы которого соединены с первыми входами основного сумматора, анализатор сигналов, выход которого соединен с входом блока 5Т1равления, и адаптивньй корректор, отличающееся тем, что, с целью повышения помехоустойчивости, в него введены вторая линия задержки, второй блок регуляторов, дополнительный сумматор, знаковый перёмножитель, два блока перемножителей, два блока сглаживающих фильтров, усилитель-огра-fничитель и переключатель, выход которого соединен с входом адаптивного корректора, выход которого через усилитель-ограничитель подключен к входу анализатора сигналов и к первым входам первого и второго блоков перемножителей, выходы которых соединены с входами соответственно первого и второго блоков сглаживающих фильтров, выходы которых подключены к управ- ляющим входам соответственно первого и второго блоков регуляторов, информационные входы Которых соединены с первыми выходами соответственно первой и второй линий задержки, вторые выходы которых подключены к вторым входам соответственно первого и второго блоков перемножителей, причем второй выход приемника подключен к входу второй линии задержки, цент(Л ральный из первых выходов которой соединен с первым входом знакового перемножителя, второй вход которого соединен с первым выходом блока управления, второй выход которого соединен с первым входом переключателя, второй вход которого соединен с выходом основного сумматора, вторые со со входы основного сумматора соединены с выходами второго блока регуляторов, | выход знакового перемножителя под4 ключен к первому входу дополнительного сумматора, второй вход которо-. го подключен к центральному из первых выходов первой Линии задержки, а выход дополнительного сумматора соединен с третьим входом переключателя.

О RW /2

а

J/2 2l

fa)ff-u) 2

ФиеЗ

фыгЛ