Цифровой демодулятор сигналов Советский патент 1990 года по МПК H04L27/22 

Изобретение относится к технике связи и может использоваться для демодуляции сигналов с частотной и относительной фазовой манипуляцией.

Цель изобретения - повьшшние помехоустойчивости от импульсных помех.

На фиг.1 изображена структурная электрическая схема цифрового демодулятора- сигналов; на фиг.2 - схема блока рбра ботки-импульса; на фиг, 3, 4 - временные диаграммы, поясняющие работу демодулятора.

Цифровой демодулятор содержит усилитель-ограничитель 1, регистр 2 сдвига, первый 3 и второй 4 фазовые детекторы, вычитатель 5, фильтр 6 нижних частот, компаратор 7, блок 8 фильтрации, содержащий -вьщелитель 9 переднего фрокта импульса, первый блок 10 обработки импульса, RS-триг- гер 11, выделитель 12 заднего фронта импульса, второй блок 13 обработки импульса. Блоки 10, 13 содержат первый, второй счетчики 14, 15, дешифра тор 16, блок 17 задержки, делитель 18 частоты, RS-триггер .19, первый, третий, второй элементы И 20, 21, 22 элемент НЛП 23,

Цифровой демодулятор работает следующим образом.

Входной сигнал (диаграмма .фиг.З), например с фазовой манипуляцией поступает на вход усилителя- ограничителя 1, на выходе которого формируется прямоугольный импульсный сигнал, синфазный входному, то есть передние и задние фронты этой импульной последовательности совпадают с м .ментами положительных переходов вход ного сигнала через нулевой уровень (диаграмма б фиг.З). С выхода усилителя-ограничителя 1 прямоугольная импульсная последовательность посту

а

На выходах фазовых детекторов 3 имеют место перемноженные сигналы (диаграммы м,п фиг.З). Эти сигнал поступают на входы вычитателя 5, на выходе которого формируется трехуро

пает на входы выделителей 9, 12 неред- невый импульсный сигнал (диаграмма

него и заднего фронтов импульса, на выходах которых формируются последовательности коротких по длительности

импульсов ( 2г,, где f вх час е,

тора входного .сигнала), моменты их появления совпадают с моментами появления передних и задних фронтов импульсного сигнала с выхода усилителя-ограничителя 1 (диаграмма в фиг.З). Последовательности коротких Импульсов с выходов выделителей 9 и 12 поступают на входы блоков 10, 13, где осуществляется фильтрация импульсных сигна50

55

о фпг.З), постоянная составляющая которого меняется по закону сигнала манипуляц1П. Далее эта постоянная составляющая выделяется с помощью фильтра 6 (диаграмма п фиг.З) и поступает на вход компаратора 7, к торый формирует выходно двухуровн вый сигнал (диаграмма р фиг.З).

Работа блока В поясняется време ными диаграммами, приведенными на фиг.4. На вход блока 8 (входы выделителей 9 и 12) приходит импульсная последовательность прямоугольных импульсов (диаграмма а Лиг.4).

0

5

0

5

.„

0

5

лов. с выходов блоков 10, 13 отфильтрованные импульсные сигналы (соответ- ствуюпще передним и задним фронтам импульсного сигнала с выхода усилителя-ограничителя 1) поступают на входы RS-тригг ра 11 (диаграммы д,е фиг.З). С его помощью происходит восстановление прямоугольного импульсного сигнала (диаграмма и фиг.З), в фазу которого заложена информация о сигнале манипуляции, который необходимо получить в результате демодуляции. С выхода RS-триггера 11 прямоугольная последовательность импульсов поступает на И11формаи(ионный вход регистра 2, который задерживает прямоугольный импульсный сигнал на время f m/F|, где m - число разрядов регистра сдвига между разрядом, соот- Ёетствующим третьему выходу регистра

2,и разрядом регистра 2, который является средним по отношению к разря- дам соответствующим первому и второму

выходам регистра 2; F - тактовая частота. В случае обработки фазо- манипулированного сигнала велггчина Г должна быть равна длительности элементарного символа. Сигналы с первого и второго выходов регистра 2 и сигнал с третьего выхода этого же регистра перемножаются на фазовых детекторах

3,4, причем сигнал с первого выхода регистра 2 сдвинут на плюс 45 относительно и разряда регистра 2 (диаграмма к фиг.З), а сигнал с второго вЕ1хода регистра 2 - на минус 45 относительно и разряда регистра 2 (диаграмма л фпг.З).

На выходах фазовых детекторов 3,4 имеют место перемноженные сигналы (диаграммы м,п фиг.З). Эти сигналы поступают на входы вычитателя 5, на выходе которого формируется трехуров невый импульсный сигнал (диаграмма

0

5

о фпг.З), постоянная составляющая которого меняется по закону сигнала манипуляц1П. Далее эта постоянная составляющая выделяется с помощью фильтра 6 (диаграмма п фиг.З) и поступает на вход компаратора 7, ко-, торый формирует выходно двухуровневый сигнал (диаграмма р фиг.З).

Работа блока В поясняется временными диаграммами, приведенными на фиг.4. На вход блока 8 (входы выделителей 9 и 12) приходит импульсная последовательность прямоугольных импульсов (диаграмма а Лиг.4).

,51

На выходах выделителей 9 и 12 выделяются последовательности коротких по длительности импульсов (диаграммы . б,в Лиг.4), совпадающие с фронтами импульсного сигнала, приведенного на диаграмме а фиг.4. Далее импульсные сигналы, соответствующие передним фронтам входного сигнала, поступают на вход блока 10. Очеред- ной i-й импульс (диаграмма б фиг.4 сбрасывает счетчик 14 в нулевое состояние. Коэффициент счета счетчика 14 выбран так, что период повторения любого из его фазовых состояний ра- вен периоду повторения импульсов в последовательности, поступающей на вход сброса, то есть выполняется равенство К Трл Тц, где Тg - период входного сигнала, Т - период высокой опорной частоты. При достижении счетчиком 14 состояния, близкого к К-му, когда следующий i+1-й импульс (диаграмма б фиг.4) еще не появился на входе сброса счетчика 14, на выходе дешифратора 16 выделяется короткий импульс (диаграмма д фиг.4), который, непосредственно и через блок 17 (диаграмма е фиг.4) воздействуя на R и S-входы К.8-триггера 19, формирует на его выходе импульс строба (диаграмма г фиг.4). Длительность строба, определяемая временем задержки блока 17, выбрана такой, что импульс строба симметричен относительно К-го состояния счетчика 14. Далее (1+1)-й импульс (диаграмма б фиг.), поступа на вход элемента И 20, сравнивается во времени с импульсов строба (диаграмма г фиг.4). При их совпадении (1+1)-й импульс проходит на выход элемента И 20 (диаграмма з фиг.4), при этом происходит заполнение счетчка 15 (диаграмма и фиг.4) и (1+2)импульс в случае его совпадения с импульсом строба проходит через элемент И 22 (диаграмма к фиг.4), поступая на выход блока 10-через элемен ЮТ1 23 (диаграмма м фиг.4) и на вход установки в О (сброса в нуль) делителя 18, на тактовый вход которого подана высокая опорная частота f on Так как коэффициент деления К делителя 18 выбран из условия, что jp-T в, где Т - период импульсной последовательности с выхода делителя 18, в случае отсутствия импульсов на его входе сброса в нуль

0

оп (опорная частота) . Такм-t образом, при наличии на входе блока 10 импульсного сигнала с равными смежными периодами, например Tj , , Т,Ч,, ,42 , т ,V2, ,4-3 (Диаграьш а б фиг.4), совпадающими с точностью, определяемой длительностью импульса строба, иьтульсы, соответствующие этим периодам,, проходят через .элементы И 20, .21, 23 и оказываются на выходе блока 10 (диаграмма м Фиг.4).

При искажении фазовой структуры входного сигнала цифрового демодулятора из-за воздействия значительно го уровня шумовых выбросов либо из-за наличия импульсных помех в канале связи периоды следования -импульсов

Т|. 3, ,-- 2 .-Т ;. ,-., , т ,-.,, начиншот изме няться (диаграмма б фиг.4).

Это приводит к несовпадению 1гмпуль- срв на входе элемента И 20 (с выхода выделителя 9) и импульса строба (с выхода RS-триггера 19). При этом прохождение импульсного сигнала через элемент И 20 блокируется, следовательно, на выход блока 10 он не проходит (диaгpa ы ы к,м фиг.4). Импульсный сиг)ал проходит через элемент Г1 21 (диаграмма ж фиг.4) и, воздействуя на вход установки в нуль счетчика 15,, устанавливается нулевой уровень сигнала на выходе счетчика 15 (диаграмма и фиг.4), блокируя работу элемента II 22. Импульсньп сигнал с выхо-.

да элемента И 22 в этом случае отсутствует и, следовательно, воздействие на делитель 18 по входу установки в нуль прекращается (диаграмма к фиг.4). Вследствие этого на выходе делителя 18 появляется импульсный сигнал (диаграмма л фиг.4) с частотой, равной частоте входного сигнала, и фазой, определяе- мой импульсом с выхода элемента Н 22, который последний раз (перед началом интервала, на котором имеют место иска)хения фазовой структуры сьггнала) воздействовал на вход установки р нуль делителя 18. В данном случае это (1-3)-й импульс (диаграмма к фиг.4). Таким образом, на выходе блока 10 присутствует, импульсная последовательность, образованная сум- м1-1роБанием (с поноцью элемента Н-ГО 23) импульсов с выхода вьщелителя 9, которые -совпадают с импульсом строба (диаграмма)к фиг.4), и импульсов с Вьп-сода делителя 18 (диaгpaм ia л

71589420

ir.4), моменты появления которых овпадают с фазой сигнала на неискаенных интервалах входного сигнала (диаграмма б фиг.4 - пунктир).). Выходная последовательность блока 10 приведена на диаграмме м фиг.4. Как видно, если на входе блока 10 имеют место значительные смещения импульсов (относительно их номиналь- Q ного положения), то на выходе этого лока они в значительной степени меньшены, что видно из сравнения ременных диаграмма б и м Фиг.4,

уч на но мы по та о вы гр

20

, следовательно, можно говорить о j аличии эффекта фильтрации рассмотенным блоком 10 сигнала, поступающео на его вход.

Блок 13 обработки импульсной поседовательности выполнен аналогично локу 10 обработки. Для сравнения а диаграг ах фиг.4 приведены идеальный входной сигнал блока 8 (диаграмма п фиг.4), сигнал с интервалом, на котором имеет место нарушение фазовой структуры сигнала за счет помехи (диаграмма а фиг.4), и сигнал, восстановленный на выходе RS-триггера 11 (диаграмма о фиг.4),

то есть отфильтрованный с помощью блока 8. Из сравнения диаграмм о, и,п фиг.4 можно прийти к выводу, что включение в состав цифрового демодулятора сигналов блока 8 значительно уменьшает фазовые (временные) искажения сигнала Hai информационном входе регистра 2.

Па фиг.З приведены диаграммы работы цифрового демодулятора сигналов в режиме приема фазо 1анипулированных сигналов. Сплошными линиями на диграммах показаны сигналы при отсутствии каких-либо искажений во входном сигнале. На интервале (+1)-й посылки пунктиром показано возможное влияние фазового искажения, вызванного, например, импульсной помехой (диаграмма а фиг.З). Далее на диаграммах б-р фиг.З пунктиром показаны возможные изменения сигналов в одноименных точках схемы фиг.1, которые имели бы место при отсутствии блока 8 в составе цифрового демодулятора сигналов.

Как видно, наличие искажений на интервале (з+1)-й посылки без блока 8 приводит к временным искажениям сигналов на выходах фазовых детекто- I ров 3, 4 (диаграммы м, и фиг.З с.

30

ж х

н и и с в п 25 1 п н ч

35

40

45

50

55

8

учетом nyHKTtfpa) как на интервале (j + 1)-fi посылки так и на интервале (j+2)-i1 посылки из-за того, что сигнал задержан регистром на длительность элементарной посыпки (диаграммы м,н фиг.З). Временные искажения появляются в сигнале на выходе вычи- тателя 5 (пунктирная линия диаграммы о фиг.З). Это приводит к случайным выбросан на выходе фильтра 6 (диаграмма п фиг.З) и появлениям иска0

0

жений двухуровневого сигнала на выходе компаратора 7 (диаграмма р фиг.З).

При появлении импульсного сигнала на выходе элемента Н 22, то есть импульсов, находящихся в пределах импульса строба, но смещенных относительно номинального положения в сторону увеличения периода, например, за счет воздействия щумов (1-5)-й и i+3-й импульсы, диаграмма к фиг.4), на выходе блока 10 либо 5 13 (диаграммы м, н фиг.4) могут появиться два импульса (вместо одного) - один за счет срабатывания делителя 18, другой - за счет прохождения с выхода выделителя на выход через элементы И 20, 22 и ИЛИ 23, так как он совпадает с импульсом строба (диаграммы м,н фиг.4).

На восстановление прямоугольного импульсного сигнала с помощью RS- триггера 11 наличие таких двойных импульсов не оказывает влияния, так как RS-триггер 11 срабатывает только по первому импульсу из этой пары, и временное расстояние между этими импульсами не превьшает половины длительности строба (диаграмма о фиг.4). Длительность импульса строба, определяемая временем задержки блока 17, и модуль счетчика 15 выбираются из соображений о степени эффективности фильтрации импульсного сигнала с выходов вьще- лителей Ю, 13 и должны обеспечить основную часть потока импульсов, соответствующих передним либо задним фронтам входного сигнала, которые имеют небольшие временные (фазовые) отклонения от номинального положения из-за воздействия помех. Вьщели- тели 9, 12 переднего и заднего фронтов могут быть выполнены в виде генератора одиночного импульса, срабатывающего по фронту управляющего сигнала.

5

0

5

0

5

Форм.ула изобретения 1. Цифровой демодулятор сигналов, содержащий усилитель-ограничитель, вход которого является входом цифрового демодулятора, регистр сдвига, первьп и. второй выходы которого соединены соответственно с первыми входами первого и второго фазовых детекторов, выходы которых соединены с входами вычитателя, подключенного к входу фильтра нижних частот, тактовый вход регистра сдвига является тактовым входом цифрового демодулятора, отличающийся тем, что, с целью повьаиения помехоустойчивости от импульсных помех, введены блок фильтрации и компаратор, причем выход усилителя-ограничителя соедине с первым входом блока фильтрации, выход которого соединен с входом регистра сдвига, третий выход которого соединен с вторыми входами фазовых детекторов, выход фильтра нижних частот соединен с входом компаратора, выход которого является выходом цифрового демодулятора, второй вход блока фильтрации является входом синхронизации цифрового демодулятора

2. Демодулятор-по п.1, о т л и - чающийся тем, что блок фильтрации содержит последовательно соединенные выделитель переднего фронта импульса и первый блок обработки импульса, выход которого соединен с S-входом RS-триггера, последователь0

5

0

5

0

5

но соединенные ньщелитель заднего фронта импульса и второй блок обработки импульса, выход которого соединен с R-входом RS-триггера, выход которого является выходом блока фильтрации, первым входом которого являются входы вьщелителей переднего и заднего фронтов импульса, а вторым входом - вторые входы блоков обработки импульса.

3. Демодулятор по пп.1 и 2, о т - личающийся тем, что блоки обработки импульса содержат каждый последовательно соединенные первьпЧ счетчик, дешифратор, блок задержки RS-триггер, первый элемент И, второй счетчик, второй элемент И, делитель частоты и элемент ИЛИ, выход которога, является выходом блока обработки импульса, а также третий элемент И, причем первый вход первого счетчика, второй вход первого элемента И и первый вход третьего элемента.И являются первым входом блока обработки импульса, вторым входом которого являются вторые входы первого счетчика и делителя частоты, выход дешифратора соединен с другим входом RS-триггера, второй выход которого соединен с вторым входом третьего элемента И, выход которого соединен с другим входом второго счетчика, выход первого элемента И соединен с вторым входом второго элемента И, выход которого соединен с вторым входом элемента ИЛИ.

j посылм посылкеIj посылка

x /л. x лу . / I /X /л / y. r / / , / /Л,

or -xy v v,/ x хУ J X v/ vX 7 4:7 CT X/ чУ - V/ -

5 rTJl rLrLrLriJ.-n. ПЮ-П RJlJl rUILnjIUI

A I I I I I I I I 11 I I I 1 I I I I I

(

. I I I I I I t I I I I I I I I I I д I I I I t t I I l I I I I I I I I -L

c I 1 I 1 I II l I I I I I I I I

a П П n П П П h.j-ilih П .гъгип n n .run,

. П rLrLTTJ-L n П-Г1 П П П.Г|..-ПЛПл П П П П П П I I тгпд-П, . П n (111 м л я rjiJLi rTTinrTi.rrinrrrin

и ПППГТТ1ПГТ1ГГПГТ1 OilOTJLnJUllJJ

.,ппппппппппп.. Вшшг

Изобретение относится к технике связи и может использоваться для демодуляции сигналов с частотной и относительной фазовой манипуляцией (ФМ). Цель изобретения - повышение помехоустойчивости от импульсных помех. Демодулятор содержит усилитель-ограничитель 1, регистр 2 сдвига, фазовые детекторы 3 и 4, вычитатель 5, фильтр 6 нижних частот, компаратор 7 и блок фильтрации (БФ) 8, состоящий из выделителей 9 и 12 переднего и заднего фронтов импульса, блоков 10 и 13 обработки импульса и RS-триггера 11. Входной сигнал с ФМ поступает на усилитель-ограничитель 1, формирующий прямоугольный импульсный сигнал, который поступает в БФ 8. Здесь происходит восстановление сигнала, в фазу которого заложена информация о сигнале ФМ. Далее сигнал задерживается в регистре 2 и полученные сигналы перемножаются в детекторах 3 и 4. Сигналы перемножения поступают на вычитатель 5, формирующий трехуровневый импульсный сигнал, постоянная составляющая которого меняется по закону сигнала манипуляции. Эта составляющая выделяется фильтром 6 и поступает на компаратор 7, формирующий выходной двухуровневый сигнал. Цель достигается введением компаратора 7 и БФ 8. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

,ч

.,,-- V г

Фиг.З

инте/збал на котором сигнал асражен noMfteu

Фиг.