Устройство для синхронного детектирования фазоманипулированных сигналов Советский патент 1987 года по МПК H04L27/22 

Изобретение относится к синхронным системам связи и может использоваться в аппаратуре, предназначенной для приема дискретной информации, передаваемой по каналам связи с помощью псевдослучайных сигналов фазовой телеграфии, несущая частота которых подвержена изменениям.

Цель изобретения - повышение точности детектирования при расширении пределов изменения частоты несущей.

На чертеже изображена структурная электрическая схема предложенного устройства.

Устройство содержит фильтр 1, фазовый детектор 2, решающий блок 3, блок задержки 4, сумматор 5, формирователь 6 напряжения, дополнитель- ньй блок задержки 7, дополнительны сумматор 8, блок вычитания 9, следящий генератор псевдослучайной последовательности 10, фазовый манипулято

1I,дополнительный блок вычитания

12,фазовый дискриминатор 13, причем формирователь 6 напряжения состоит из ограничителя 14 напряжения снизу, блока сравнения 15, ключа 16, ограничителя 17 напряжения снизу, .ограничителя 18 Напряжения сверху, блока сравнения 19, ключа 20, ограничителя 21 напряжения сверху, ограничителя 22 напряжения снизу, ограничителя 23 напряжения сверху, ограничителя 24 напряжения сверхуj ограничителя 25 напряжения снизу

Следящий генератор псевдослучш - ной последовательности 10 состоит из фазового детектора 26, формирователя 27 и блока тактовой синхронизации псевдослучайной последовательности 28

Устройство работает следующим образом.

На один вход фазового манипулятора 11 подается вьфабатываемая следящим генератором псевдослучайной последовательности 10 кодовая комбинация бинарных импульсов, которая соответствует псевдослучайной последовательности внутриимпульсной модуляции подаваемого на вход устройства искаженного шумами псевдослучайного сигнала,

С помощью фазового манипулятора 11 осуществляется манипуляция сигна- ла в результате которой сигнал сворачивается (преобразуется) в узкополосный простой сигнал, дальнейшая

0

5

обработка которого вьшолняется фильтром 1 .

С помощью фильтра 1 сигнал очищается от помех и затем подается на вход фазового детектора 2, на вход сумматора 5 и вход сумматора 8.

На выходе фазового детектора 2 возникают детектированные сигналы, которые подаются на вход решающего блока 3, принимающего решение о том, какой символ был передан,

В качестве опорного напряжения, подаваемого на второй вход фазового

5 детектора 2, используется напряжение, выделяемое на выходе блока вь1чита- ния 9,

Чтобы текущее значение опорного колебания соответствовало текущему значению изменяемой во времени частоте несущего колебания, осуществляется автоматическое регулирование времени задержки блока задержки 4 и дополнительного блока задержки 7, суть которой заключается в следующем. Выделяемое на выходе блока вычитания 9 опорное напряжение подается на второй вход фазовог о дискриминатора 13, на первый вход которого подается

0 формируемая.с помощью дополнительного блока вычитания 12 разность напряжений, вьзделяемых на вторых выходах блока задержки 4 и дополнительного блока задержки 7.

g Электронная регулировка времени блоков задержки 4 и 7, входящих в систему с замкнутым циклом регулирования, устанавливается такой, чтобы при любом значении управляющего наQ пряжения оставалось неизменным и

меньше единицы отношение времени прохождения сигнала от входа к первому выходу к времени прохождения сигнала от входа к второму выходу. При этом

g выбором параметров блоков задержки 4 и 7 обеспечивается автоматическая установка промежутка времени прохож- дения сигнала к первому выходу, равного одному или нескольким периодам несущей частоты входного сигнала, и установка промежутка времени прохождения сигнала ко второму выходу, равного целому числу полупериодов несущей частоты сигнала.

Целесообразно выбирать параметры элементов задержки так, чтобы на центральной частоте несущего колебания разность фаз между колебаниями, поступающими на входы фазового диск.0

5

риминатора i3, составляла 0, рад. При этом отклонение частоты колебания несущей от центральной частоты сонровождается изменением фазового угла между входными колебаниями фазового дискриминатора 13 и установкой на выходе фазового дискриминатор 13 управляющего напряжения соответствующего знака и уровня.

Введением в устройство фазового детектора 26 и формирователя 27 достигается вьщеление из радиосигнапа информационной последовательности противоположных псевдослучайных сигналов в виде двоичной последовательности, подаваемой на первый вход блока тактовой синхронизации псевдослучайных последовательностей 28.

До момента совмещения во времени последовательностей свертка входного псевдослучайного сигнала, характеризующегося широкой полосой спектра, в простой сигнал, характеризующийся узкой полосой спектра, не происходит и фильтр 1, полоса прозрачности которого согласована с полосой спектра простого сигнапа, пропускает на входы сумматоров 5 и 8 и фазового детектора 2 только те составляющие спектра сигнала, формируемого на выходе фазового манипулятора 11, которые попадают в полосу прозрачности фильтра I Отклик компонент сигнала, прощедших на выход фильтра 1, на выходе блока вычитания 9 представляет собой опорное напряжение, поступающее на вторые входы блока тактовой синхронизации псевдослучайной последовательности 28 и фазовых детекторов 2 и 26 Поступающая на второй вход фазового манипулятора 1I информационная последовательность псевдослучайных радиосигналов одновременно подается на пер-вьш вход фазового детектора 26 преобразующего информационную последовательность псевдослучайных радиосигналов в информационную последовательность псевдослучайных видеосигналов, С выхода фазового детектора 26 информационная последовательность псевдослучайных видеосигналов через формирователь 27, преобразующий последовательность, псевдослучайных видеосигналов в последовательность . псевдослучайных кодовых комбинаций бинарных имцульсов, подается на первый вход блока тактовой синхронизации псевдослучайной последовательно

0

5

0

S

0

5

сти 28, Так как из прошедших на выход фильтра 1 компонент сигнала сформировать опорное напряжение с высоким отношением сигнал/шум нельзя, кодовая комбинация двоичных импульсов на выходе формирователя 27 не будет по всем позициям совпадать с псевдослучайной последовательностью внутрнимпульсной модуляции сигнала.

Блок тактовой синхронизации псевдослучайной последовательности 28 выполняет многократное изменение задержки генерируемой псевдослучайной последовательности, ведущей к совмещению ее временных границ с временными границами псевдослучайной последовательности, формируемой на выходе формирователя 27. При совмещении псевдослучайные последовательности коррелируют, входной широкополосный псевдослучайный сигнал на выходе фазового манипулятора 11 сворачивается в узкополосный простой сигнал, отношение сигнал-шум в цепи формирования опорного напряжения резко возрастает и возрастает степень соответствия формируемой на выходе формирователя 27 псевдосл чайной последовательности опорной псевдослучайной последовательности. Отклик на выходе коррелятора, входящего в блок тактовой синхронизации псевдослучайной последовательности 28, достигая порогового значения, вызывает переход блока тактовой синхронизации псевдослучайной последовательности в режим синхронного слежения за параметрами сигнала.

Колебание несущей или опорное напряжение формируется следующим образом.

Искаженный шумами фазоманипулиро- ванный сигнал, прошедший через фильтр I, воздействует на вход сумматора 5 и вход cvMMaTopa 8,

На другой вход сумматора, 5 подается напряжение отклика блока задержки 4 на воздействие, поступающее на вход блока задержки 4 с выхода сумматора 5, Напряжение отклика блока задержки 4 представляет собой задержанное на время

1 n/f, п 1,2,3..,, N , с, где f . - -несущая частота входного

фазоманипулированного сигнала, вуход- ное напряжение сумматора 5.

Несущую частоту входного фазоманипулированного сигнала можно рассмат5

0

0

ривать как функцию времени, т.е. f f(t), а время задержки блока задержки 4 - как переменную величину зависимую от переменной частоты несущего колебания:

i, f,(t). .

Аналогично на второй вход дополнительного сумматора 8 подается напряжение отклика дополнительного блока задержки 7 на воздействие, поступающее на вход дополнительного блока задержки 7 с выхода дополнительного сумматора 8, Напряжение отклика дополнительного блока задержки 7 представляет собой задержанное на время 2 1 (t) выходное напряжение дополнительного сумматора -8.

Формируемое на выходе блока задержки 4 напряжение через ограничитель 14 напряжения снизу, осущест-т вляющий ограничение поступающего на его вход напряжения снизу на пулевом уровне, воздействует на первый вход блока сравнения 15, а через ограничитель 8 напряжения сверху, осуществляющий ограничение поступающего на его вход напряжения сверху на нулевом уровне,, воздействует на первый вход блока сравнения 1 9,

Напряжение, формируемое на выходе cy в aтopa 5, через ограничитель 22 напряжения снизу, осуществляющий огрничение поступающего на его вход напряжения снизу на нулевом уровне, воздействует на второй вход блока .сравнения 15s через ограничитель 23 напряжения сверху, осуществляющий ограничение поступающего на его вход напряжения сверху на нулевом уровне, воздействует на второй вход блока сравнения 19.

Напряжение, формируемое на выход блока сравнения 15, представляющее собой результат вычитания напряжения воздействующего на его первый вход, из напряжения, воздействующего на его второй вход, поступает на первый и второй входы соответственно ключей 16 и 20, а напряжение, формируемое на выходе блока сравнения 19, представляющее собой результат вычитания напряжения, воздействующего на его первый вход, из напряжения, воздействующего на его второй вход, поступает на первый и второй входы соот-. ветствепно ключей 20 и 16.

Ключ 16 (20) в зависимости от уровня напряжения, воздействующего

на его второй вход, либо передает на выход напряжение, воздействующее на первый вход, либо задерживает. Если ключ 16 (20) находится в закрытом состоянии, то напряже ше на его выходе принимает нулевое значение.

Напряжение, формируемое на выходе ключа 16, через ограничитель 17 напряжения снизу, осуществляющий ограничение поступаюп(его на его вход напряжения снизу на нулевом уровне, . подается на вход сумматора 5, а через ограничитель 24 напряжения свер5 ху, осуществляюпщй ограничение поступающего на его вход напряжения сверху на нулевом уровне, подается на третий вход дополнительного сумматора 8,

Q Напряжение, формируемое на выходе ключа 20, через ограничитель 21 напряжения сверху, осуществляющий ограничение поступающего на его вход на- . пряжения сверху на нулевом уровне,

;j подается на вход сумматора 5, а через ограничитель 25 напряжения снизу, осуществляющий ограничение поступающего на его вход напряжения снизу на нулевом уровне, подается на четвер-.

0 тый вход дополнительного сумматора 8. Опорное напряжение формируется на выходе блока вычитания 9.

Если полярность напряжения на выходе сумматора 5 совпадает с полярностью напряжения на выходе блока задержки 4, то в соответствии со знаком полярности напря :сенпя на выходах сумматора 5 и блока 4 задержки 4 один из ключей 16 и 20 находится в открытом состоянии. Если указанные напряжения имеют различные полярности, то оба ключа 16 и 20 находятся в закрытом состоянии.

В открытом состоянии ключ 16 проIJ пускает на входы ограничителей 17 и 24 напряжение, формируемое на выходе блока сравнения 15. Аналогично в открытом состоянии ключ 20 пропускает на входы ограничителей 21 и 25

0 напряжение, формируемое на выходе блока сравнения 19.

На интервале подачи на вход фильтра 1 первого сегмента однознаковых элементов псевдослучайной внутриимg пульсной модуляции ямплитуда отклика входного сегмента гармонического колебания на выходе сумматора 5 превышает амплитуду отклика входного-сегмента гармонического колебания на

5

0

выходе блока задержки 4, причем на интервале передачи первого сегмента псевдослучайной модуляции полярность напряжения на выходе сумматора 5 совпадает с полярностью напряжения на выходе блока задержки 4, при этом в соответствии с работой устройства обеспечивается прохождение колебания с выхода сумматора 5 на входы cy Iмa- тора 5, соединенные с выходами элементов 21 и 17 по цепям положительной обратной связи, и прохождение колебания с выхода сумматора 5 на его входы, соединенные с выходами ограничителей 21 и 17 по цепям отрицательной и положительной обратных связей.

На интервале поступления на вход фильтра 1 радиоимпульса первого сегмента однознаковых элементов внутри- импульсной псевдослучайной модуляции ограничители 24 и 25 не пропускают на третий и четвертый входы дополнительного сумматора 8 колебания, поступающие на входы ограничителей 24 и 25 с выходов ключей 16 и 20. При этом на выходе дополнительного сумматора 8, охваченного цепью положительной обратной связи, содержащей дополнительньй блок задержки 7, выделяется колебание, частота и фаза которого соответствует частоте и фазе радиоимпульса, поступающего через фильтр 1 на первый вход дополнительного сумматора 8, а амплитуда существенно меньше амплитуды колебания сигнала на выходе сумматора 5, Колебание, формируемое на выходе блока вычитания 9, п редставляет собой результат вычитания колебания, формируемого на выходе дополнительного сумматора 8, из колебания, формируемого на выходе сумматора 5. При этом частота и фазп колебания, формируемого на выходе блока вычитания 9, соответствует частоте и фазе несущей фазоманипулированного сигнала, используемого в качестве опорного напряжения.

При приеме очередного сегмента однознаковых элементов псевдослучайной внутриимпульсной модуляции, не совпадающего по знаку с первым сегментом, амплитуда отклика входного .радиоимпульса сегмента псевдослучайной модуляции на выходе сумматора 5 меньше амплитуды отклика входного радиоимпульса сегмента псевдослучай526668

ной модуляции на выходе блока задержки 4, причем полярность напряжения на выходе сумматора 5 совпадает с полярностью напряжения на выходе блока задержки 4. При этом в соответствии с работой устройства обеспечивается прохождение колебания с выхода сумматора 5 на третий и четвертый входы дополнительного сумматора 8, и не обеспечивается прохождение колебания с выхода сумматора 5 на

5

10

0

5

0

его йходы через ограничители 17 и 21. При этом амплитуда колебания на выходе сумматора 5 мед.пенно спадае.т, а а шлитуда колебания на выходе дополнительного суьматора В быстро уменьшается до нуля и затем также быстро увеличивается по экспоненциальному закону, достигая определенного значения.

Фаза колебания на выходе сумматора 7 после перехода амплитуды через нуль скачком изменяется на Т радиан. Формируемое при этом колебание на выходе блока вычитания 9, представляющее результат вычитания колебания, формируемого на выходе дополнительного сумматора 8, из колебания, формируемого на выходе сумматора 5, не изменяет фазу, установленную в момент прихода первого сегмента однознаковых элементов псевдослучайной внутриимпульсной модуляции.

Если полярность напряжения отклика входного воздействия на выходе сумматора 5 противоположна полярности напряжения отклика входного воздействия на выходе блока задержки 4, что возможно при наличии изменения частоты несущей или помех в канале связи, то на входы сумматоров 5 и 8, соединенные с выхода И формирователя напряжения 6, колебание с выхода сумматора 5 не проходит, В данном случае амплитуды колебаний на выходах cyм гiтopoв 5 и 8 медленно уменьшаются по экспоненциальном закону, а на выходе блока вычитания колебание сохраняет фазу колебания, установленную в момент поступления на вход устройства первого сегмента однознаковых элементов псевдослучайной внутриимпульсной модуляции.

5

0

О

55

Формула изобр етения

1 . Устройство для синхронно.го детектирования фазоманипулированных

9 сигналов по авт. св. № 131275А,

отличающееся

тем. что.

с целью ловышения точности детектиро вания лри расширении пределов изменения частоты несущей, введены после довательно соединенные следящий гене ратор псевдослучайной последовательности и фазовый манипулятор, а также последовательно соединенные дополнительный блок вычитания и фазовый дискриминатор, причем первый вход следящего генератора псевдослучайной последов ательности объединен с вторым входом фазового манипулятора и является входом устройства для синхронного детектирования фазома- нипулированных сигналов, выход фазового манипулятора соединен с входом фильтра, выход блока вычитания соединен с вторыми входами следящего генератора псевдослучайной последовательности и фазового дискриминатора, выход которого соединен с вто10

5266610

рыми входами блока задержки и дополнительного блока задержки, вторые выходы которых соединены с соответствующими входами дополнительного блока вычитания.

2. Устройство по п.1, о т л и - чающееся тем, что следящий генератор псевдослучайной последовательности состоит из последовательно соединенных фазового детектора, формирователя и блока тактовой синхронизации псевдослучайных последовательностей, причем первый вход фазового детектора является первым входом следящего генератора псевдослучайной последовательности, вторым входом которого являются объединенные вторые входы фазового детектора и блока тактовой синхронизации псевдослучайных последовательностей, выход которого является выходом следящего генератора псевдослучайной последовательности,

15

20

Изобретение может использоваться для приема дискретной информации, передаваемой по каналу связи с помощью псевдослучайных сигналов фазовой телеграфии. По сравнению.с основным изобретением по авт. св. № 1312754 в предлагаемом повьшается точность детектирования при расширении пределов изменения частоты несущей. Устр- во содержит фильтр 1, фазовый детектор 2, решающий блок 3, блок задержки 4, сумматор 5, формирователь 6 напряжения, дополнительный блок задержки 7, дополнительный сумматор 8, блок вычитания 9, следящий генератор псевдослучайной последовательности (ПСП) 10, фазовый манипулятор 11, дополнительный блок вычитания 12 и фазовый дискриминатор 13. Формирователь 6 напряжения состоит из ограничителей 14, 17, 22, 25 напряжения снизу, блоков сравнения 15, 19, ключей 16, 20 и ограничителей 18, 21, 23, 24 напряжения сверху. Следящий генератор ПСП 10 состоит из фазового детектора 26, формирователя 27 и блока тактовой синхронизации ПСП 28. Введены блоки 10-13. С помощью блоков 10, 11 осуществляется выделение из радиосигнала информационной по- следоватапьности псевдослучайных видеосигналов, преобразование ее в последовательность псевдослучайных кодовых комбинаций бинарных импульсов, совмещение последней во време- ни с генерируемой опорной ПСП, формируемой блоком вычитания 9, и преобразование входного широкополосного псевдослучайного сигнала в узкополосный простой сигнал. 1 з.п. ф-лы, 1 ил. п (О оо ел ГчЭ о: О5 О5 14)