Устройство для приема сигналов с относительной фазовой модуляцией Советский патент 1992 года по МПК H04L27/22 

xod

3xi

Зь/хо

14 00

N 1

Изобретение относится к радиосвязи и может быть использовано в аппаратуре передачи данных. Целью изобретения является повышение помехоустойчивости. Искажения формы посылок обусловлены несинхронностью радиопередатчиков и приемников по несущей. Поставленная цель достигается тем, что процесс анализа и кор-рекции искажений производится непрерывно с использованием энергии всех передаваемых в канале связи сигналов. Анализ и коррекция фазовых искажений основаны на выделении первой и второй гармоник принятого сигнала с помощью фазовой автоподстройки частоты, определении разности фаз между ними в блоке оценки фазового сдвига и перемножения входного сигнала на результат анализа в корректоре. Восстановление информационной последовательности осуществляется путем выделения характерных участков фазомодулированно- го сигнала, соответствующих единичным посылкам, и пороговой обработке двоичной последовательности в интеграторе и регенераторе. Устройство содержит усилитель- ограничитель 2, генератор 1, блок 3 фазовой автоподстройки частоты, блок 4 оценки фазового сдвига, корректор 5, интегратор 6 и регенератор 7, 7 ил.СОс

Фие.1

Изобретение относится к радиосвязи и может быть использовано в аппаратуре передачи данных.

Известно устройство для приема сигналов с относительной фазовой модуляцией, содержащее последовательно соединенные усилитель-ограничитель и блок фазовой автоподстройки частоты, последовательно соединенные интегратор и регенератор, а также генератор, выход которого соединен со вторыми входами регенератора и блока фазовой автоподстройки частоты.

Однако данное устройство имеет низкую помехоустойчивость в каналах, реализованных с помощью радиопередатчиков с однополосной модуляцией и полностью подавленной несущей из-за несинхронности по частоте и фазе генератора несущей на передаче и генератора опорного сигнала в демодуляторе приемника. Такая несинхронность приводит к искажению формы демодулированного сигнала, что не позволяет правильно восстановить информационное сообщение при фазовом сдвиге более ±30°.

Известно также устройство, содержащее последовательно соединенные усилитель-ограничитель и блок фазовой автоподстройки частоты, последовательно соединенные генератор, интегратор и регенератор, выход генератора соединен с вторым входом блока фазовой автоподстройки частоты. Это устройство осуществляет выделение информации путем определения характерных участков {11} и {00} клиппированного фазомодулированного сигнала и обрабатывает сигналы при фазовом сдвиге несущей и опорной частот не более ± 45°.

Известно также устройство, содержащее последовательно соединенные вычитающее устройство, перемножитель и интегратор; блок измерения и формирования, первый и второй выходы которого соединены с входом вычитающего устройства и вторым входом перемножителя. Это устройство использует для работы по каналам связи с амплитудными и фазовыми искажениями периодически передаваемые испытательные сигналы. Устройством осуществляется выделение испытательных посылок для измерения реакции канала на испытательный сигнал и определения корреляционной функции информационных посылок.

Такое устройство имеет низкую помехоустойчивость из-за сильной взаимной корреляции между испытательными и информационными сигналами. Кроме того, выделение испытательных сигналов и синхронизация этого устройства основаны на выделении периодической части принимаемого сигнала. Это определяет случайный характер передачи информационных посылок

и периодическую передачу испытательных сигналов. Во многих практических случаях это условие не выполнимо, например, при передаче повторяющихся данных.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для приема сигналов с относительной фазовой модуляцией, содержащее последовательно соединенные усилитель-ограничитель, корректор, интегратор и регенератор, а также блок фазовой

5 автоподстройки частоты и генератор, выход которого соединен с входом блока фазовой автоподстройки частоты, с вторым входом корректора и с вторым входом интегратора, третий вход которого соединен с вторым

0 выходом корректора и с вторым входом регенератора.

Это устройство имеет низкую помехоустойчивость выделения информации, так как для коррекции искажений формы сигналов используются испытательные последовательности, периодически передаваемые в канал связи, и, таким образом, не используется информация об искажениях во время передачи информационных символов.

0 Цель изобретения - повышение помехоустойчивости.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для приема сигналов с относительной фазовой модуляцией, содержащее

5 последовательно соединенные усилительограничитель, вход которого является входом устройства, корректор, интегратор и регенератор, а также блок фазовой автоподстройки частоты и генератор, выход которого соединен с входом блока фазовой автоподстройки частоты, с вторым входом корректора и с вторым входом интегратора, третий вход которого соединен с вторым выходом корректора и с вторым входом регенератора, выход которого является выходом устройства, введен блок оценки фазового сдвига, первый и второй входы которого соединены соответственно с выходом генератора и выходом блока фазовой

0 автоподстройки частоты, второй вход которого соединен с первым выходом корректора, второй выход которого соединен с третьим входом блока оценки фазового сдвига, выход которого соединен с третьим

5 входом корректора.

Принцип действия прототипа основан на коррекции фазовых искажений с помощью испытательных (настроечных) сигналов, передаваемых в канал связи. Для анализа искажений передаваемое сообщение разбивается на блоки. В начале каждого блока передается пачка испытательных сигналов, форма которых известна. Коррекция производится путем выделения испытательных сигналов с помощью согласованных фильтров, определения и запоминания центра симметрии откликов согласованных фильтров, соответствующего положению тактовых интервалов неискаженного сигнала; определения фазы тактовой составляющей искаженного сигнала с помощью блока фазовой автоподстройки частоты; вычисления разности фаз искаженного и неискаженного сигналов и коррекции последующих информационных символов в соответствии с полученными результатами. Обработка (демодуляция) информационной последовательности осуществляется путем интегрирования ОФМ посылок на каждом тактовом интервале и принятия решения с помощью пороговой схемы.

В прототипе не используются информационные символы для анализа фазовых искажений, что снижает помехоустойчивость приема сигналов в целом. С другой стороны дискретность оценки фазы тактовой составляющей неискаженного сигнала, получаемой блоком согласованных фильтров, а также значительное ухудшение взаимокорреляционных свойств испытательных и информационных сигналов при сдвигах фазы

около значений ±-к также приводят к снижению помехоустойчивости.

В предлагаемом устройстве анализ фазовых искажений производится непосредственно по информационным символам без использования испытательных сигналов. Работа устройства основана на следующих предпосылках, касающихся изменения формы сигналов.

Эти искажения возникают за счет несинхронности и частотного сдвига генератора несущей однополосного передатчика и опорного генератора приемника и определяют сдвиг спектра частот передаваемого сигнала на величину частотной расстройки генераторов. При этом каждая гармоника принятого сигнала приобретает одинаковые частотный и фазовый сдвиги. При малой расстройке и взаимной нестабильности генераторов передатчика и приемника частотным сдвигом можно пренебречь, учитывая лишь изменение разности фаз (в пределах от -7Гдо+ л). Рассматриваемый процесс изменения фазового сдвига является достаточно медленным и периодическим.

Рассмотрим соотношение фаз первой и второй гармоник искаженного сигнала. Если первая гармоника принятого сигнала

имеет фазовый сдвиг т относительно неискаженного, то вторая гармоника имеет сдвиг относительной первой. Поэтому, измерив сдвиг первой и второй

гармоник относительно друг друга Д piT- pf-r/2 и умножив его на два, получим неизвестную оценку (р 2 Д , используемую для коррекции и регенерации информации. Выделение составляющих

тактовой и удвоенной тактовой частоты производится с помощью блоков фазовой автоподстройки частоты, настроенных соответственно на первую и вторую гармоники принимаемого сигнала. Блок оценки

фазового сдвига вычисляет разность фаз выделенных составляющих, которая перемножается в корреляторе со входным сигналом. Обработка (демодуляция) и восстановление информационной последовательности осуществляется путем интегрирования ОФМ посылок на каждом тактовом интервале и принятия решения с помощью пороговой схемы в интеграторе и регенераторе устройства.

На фиг. 1-6 изображены структурные электрические схемы заявляемого устройства, блока фазовой автоподстройки частоты, блока оценки фазового сдвига, корректора, интегратора и регенератора соответственно; на фиг. 7 - временные диаграммы, поясняющие работу устройства.

Устройство для приема сигналов с относительной фазовой модуляцией содержит генератор 1, усилитель-ограничитель 2, блок

3 фазовой автоподстройки, блок 4 оценки фазового сдвига, корректор 5, интегратор б и регенератор 7.

Блок 3 фазовой автоподстройки частоты содержит схему 8 свертки, состоящую из

элемента 9 задержки и перемножителя 10, опорный генератор 11, первый перемножитель 12, первый элемент 13 задержки, второй перемножитель 14, реверсивный счетчик 15, первый сумматор 16 по модулю

два, элемент И 17, управляемый элемент 18, делитель 19 частоты, второй элемент 20 задержки, третий элемент 21 задержки, второй сумматор 22 по модулю два.

Блок 4 оценки фазового сдвига содержит D-триггер 23, схему 24 формирования коротких импульсов, состоящую из элемента 25 задержки, инвертора 26 и элемента И 27, перемножитель 28, элемент И 29, интеграторы 30 и 31, элемент 32 задержки, регистр 33 памяти и блок 34 сравнения.

Корректор 5 состоит из перемножителя 35 и блока 36 фазовой автоподстройки частоты.

Интегратор 6 содержит инвертор 37, элементы И 38 и 39, счетчики 40 и 41, пороговые схемы 42 и 43 и элемент ИЛИ 44.

Регенератор 7 содержит инвертор 45, элемент 46 задержки, элемент И 47, RSтриггер 48 и D-триггер 49,

Устройство работает следующим образом.

Информационная последовательность (эпюра а, фиг, 7), модулированная по фазе (эпюра б, фиг, 7), через усилитель-ограничитель 2 (эпюра в, фиг, 7) и корректор 5 поступает на два блока фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ) 36 и 3, в которых выделяются составляющие соответственно тактовой (эпюра г, фиг, 7) и удвоенной тактовой (эпюра д, фиг, 7) частот. Так как в спектре ОФМ сигнала отсутствуют гармоники тактовой частоты, для их выделения на входах блоков 36 и 3 ФАПЧ производится свертка входного сигнала соответственно на тги nil с помощью элемента 9 задержки и перемножителя 10. Далее сигнал (в каждом из блоков 36 и 3 ФАПЧ) поступает на входы первого и второго перемножителей 12 и 14 через первый элемент 13 задержки и на вход опорного генератора 11, представляющего собой регистр сдвига и работающего в режиме регенератора. На выходах второго и третьего элементов 20,21 задержки вырабатываются сигналы со сдвигом на незначительные части Гц (где Ти - длительность элемента информационной последовательности) относительно выходного сигнала опорного генератора 11, В установившемся режиме сигнал на выходе второго элемента

20задержки имеет сдвиг относительно входного сигнала на величину Ги/2, что определяется соответствующим выбором значения задержки первого элемента 13 задержки. На перемножителях 12 и 14 происходит перемножение входного сигнала с регенеративным опорным сигналом, сформированным на выходах третьего элемента

21задержки и опорного генератора 11 соответственно. Сигналы с выходов перемножителей 12 и 14 управляют режимом работы реверсивного счетчика 15, на счетный вход которого через элемент И 17 поступает последовательность с выхода генератора 1, Разрешение на элемент И 17 подается с первого сумматора 16 по модулю два только

в тот момент, когда на выходах перемножителей 12 и 14 присутствуют сигналы разных уровней, а также значения входного и опорного сигналов на входах второго сумматора

22по модулю два не совпадают. Эта операция, тождественная операции вычитания, обеспечивает работоспособность реверсивного счетчика 15, который осуществляет интегрирование разности сигналов на выходе перемножителей 12, 14 в моменты несовпадения входного и опорного сигналов, обеспечивая тем самым формирование дискриминационной характеристики блока 3 (36) ФАПЧ, В управляемом элементе 18 в зависимости от знака рассогласования осуществляется операция добавления импульсов в последовательность с генератора 1 или операция исключения. Динамические характеристики петли слежения обеспечиваются соответствующим выбором коэффициента деления делителя 19 частоты и типом реверсивного счетчика 15,

Сигналы первой и второй гармоник тактовой частоты с выходов блоков 36 и 3 ФАПЧ поступают на блок 4 оценки фазового сдвига, в котором производится вычисление разности фаз выделенных составляющих. Следует заметить, что при непосредственном сравнении фаз сигналов с частотами fy и 2fT возникает неопределенность результата, т.е, значение разности фаз определяется с точностью до полутакта (±75, Для исключения неопределенности служит D-триггер 23, на тактирующий С-вход которого подается сигнал удвоенной тактовой частоты с выхода блока 3 ФАПЧ, а на D-вход поступает сигнал тактовой частоты с выхода блока 36 ФАПЧ, В этом случае выходной сигнал D-триггера (эпюра е, фиг. 7), совпадающий по фазе с сигналом удвоенной тактовой частоты, может только отставать от сигнала тактовой частоты с выхода блока 36 ФАПЧ, Разность фаз сигналов определяется с помощью перемножителя 28 (эпюра ж, фиг, 7) и интегратора 30 (эпюра з, фиг. 7) и запоминается в регистре 33 памяти (в цифровом виде). Для обеспечения работы интегратора 6 (выполненного на основе двоичного счетчика) на его тактовый вход через элемент И 29 подаются импульсы заполнения с генератора 1. Хранимая в регистре 33 информация об удвоенной разности фаз (2 А) в i-м такте, используется в последующем такте для определения временного сдвига между тактовыми моментами искаженного сигнала относительно неискаженного. Для этого служит схема 34 сравнения, к одному из цифровых входов которой подключены разряды регистра 33 памяти, а на другой вход поступает пилообразный сигнал (эпюра и фиг, 7), сформированный с помощью интегратора 31, в цифровом виде. Импульсы сброса интеграторов 30, 31 и записи регистра 3 памяти вырабатываются из тактовой последовательности с помощью схемы 24 формирования коротких импульсов, состоящей из элемента 25 задержки, инвертора 26 и элемента И 27. Импульсы сброса поступают на интегратор 30 через элемент 32 задержки для обеспечения записи информации в регистр 33 в конце каждого тактового интервала.

На выходе блока 34 сравнения с переменным порогом, определяемым кодом регистра 33, формируются импульсы (зпюра к, фиг. 7), передний фронт которых соответствует временному положению тактовой составляющей неискаженного сигнала, а задний - искаженного.

После перемножения (с помощью перемножителя 35 корректора 5) полученной последовательности со входным клиппированным сигналом образуется последовательность (эпюра л, фиг. 7), форма единичных посылок которой полностью восстанавливается, а форма нулевых искажается. Следует заметить, что для правильной демодуляции (путем интегрирования на тактовых интервалах) и регистрации (путем пороговой обработки) двоичных информационных символов, передаваемых сигналами с относительной фазовой модуляцией, полное восстановление формы является избыточным. Достаточно максимизировать разность интегралов единичных и нулевых посылок. Искажение нулевых посылок в предлагаемом устройстве имеет такой характер, что их интегрирование всегда дает нормированное значение, равное 0,5 (для единичных посылок - 1,0). Это дает возможность восстановить информационную последовательность с помощью пороговой обработки с постоянным порогом, равным 0,75, что полностью соответствует обработке ортогональных (неискаженных) посылок.

Операции интегрирования и пороговой обработки сигналов выполняются в интеграторе 6, который представляет собой двухканальную схему. В канале, состоящем из элемента И 38, счетчика 40 и пороговой схемы 42 выделяются единичные посылки, соответствующие участку {00} неискаженного клиппированного фазомодулированного сигнала (эпюра м, фиг. 7). Входной сигнал поступает в канал через инвертор 37. В другом канале, состоящем из элемента И 39, счетчика 41 и пороговой схемы 43 выделяются единичные посылки, соответствующие участкам {11} (эпюра н, фиг. 7). На вторые входы элементов И 38, 39 поступают импульсы заполнения с генератора 1. Резульаты обработки в обоих каналах обьединяются в элементе ИЛИ 44 (эпюра о, фиг. 7) и поступают на S-вход RS-триггера 48 регенератора 7. На R-вход триггера 48 поступает полутактовая последовательность коротких импульсов (зпюра п, фиг. 7), формируемая с помощью инвертора 45, элемента 46 задерки и элемента И 47 из тактовой последоваельности блока 36 ФАПЧ корректора 5. Выходной сигнал RS-триггера 47 (эпюра р, фиг. 7) поступает на D-вход D-триггера 49, на счетный С-вход которого поступает тактовая последовательность (эпюра с, фиг. 7)

с блока 36 ФАПЧ корректора 5. Восстановленная информационная последовательность снимается с выхода D-трйггера (эпюра т, фиг. 7).

Технико-экономическая эффективность

предлагаемого устройства для приема сигналов с относительной фазовой модуляцией заключается в повышении помехоустойчивости приема информационных символов за счет использования энергии всех передаваемых в канале связи сигналов для анализа и коррекции фазовых искажений.

Формула изобретения Устройство для приема сигналов с относительиой фазовой модуляцией, содержащее усилитель-ограничитель, вход которого является входом устройства, а выход соединен с первым входом корректора, первый, второй выходы которого соединены соответственно с первым, вторым входами интегратора, третий вход которого, второй вход корректора и первый вход блока фазовой автоподстройки частоты соединены с выходом генератора, выход интегратора соединен с первым входом регенератора, выход которого является выходом устройства, второй выход корректора соединен с вторым входом регенератора, отличающееся тем, что, с целью повышения

помехоустойчивости, введен блок оценки фазового сдвига, первый и второй входы которого соединены соответственно с выходом генератора и выходом блока фазовой автоподстройки частоты, второй вход которого соединен с первым выходом корректора, второй выход которого соединен с третьим входом блока оценки фазового сдвига, выход которого соединен с третьим входом корректора.

бл.5

от бл. I

от блЛ

отбл.о

к бл.3,6

к бл.7 J-in r-lJ1 rLAL -r О О П fin JL