Устройство для детектирования сигналов относительной фазовой манипуляции Советский патент 1992 года по МПК H04L27/22 

Ј

15

I

w

Ё

Устройство содержит один блок 1 вычитания, один амплитудный детектор 2, один блок 3 формирования опорного сигнала. Блок формирования опорного сигнала содержит две линии 4 и 8 задержки, три ключа 5, 6 и 7, один умножитель 9 частоты, один ограничитель 10. один узел 11 дифференцирования, один узкополосный фильтр 12, один делитель 13 частоты, один управляемый генератор 14, один сумматор 15. 1 ил.

Ч

Ц

Г

9

LL

2

«а

ю

00 00

И

а

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано, в частности, для повышения помехоустойчивости приема дискретной информации,

Известно устройство для детектирова- ния сигналов относительной фазовой манипуляции (ОФМ) и устройство для синхронного приема ОФМ. Эти устройства дают на выходе невысокое отношение мощности сигнала к мощности шума (с/ш), так как в них не используется возможность увеличения отношения с/ш путем устранения коррелированной составляющей помехи.

Наиболее близким к изобретению является устройство, описанное в монографии Н.Т.Петровича Передача дискретной информации в каналах с фазовой манипуляцией. Этот детектор сигналов ОФМ содержит блок вычитания, подключенный к амплитудному детектору.

Однако это устройство дает на выходе сравнительно невысокое отношение с/ш. Известно, что максимальное отношение с/ш получим, если амплитудный детектор является синхронным, а в качестве низкоча- стотного фильтра используется интегратор на интервале длительности посылки от 0 до Т. 8 этом случае максимальное отношение сигнал/шум на выходе известного устройства может быть получено следующим обра- зом.

Пусть

Un(t) Do COS( Wot + (fin). Un-M(t) Uo COS( OJbt + )

Это п-я и (п+1)-я информационные посылки сигнала ОФТ, a Xn(t) и Xn+i(t) - это реализа- ции флуктуационного шума, соответствующие п-1 и (п+1)-й посылкам сигнала. На выходе сумматора имеем

UBb,x(t) - Un+i(t) + Un(t) + Xn+i(t) + Xn(t) (1)

Если посылки сигнала ОФТ Un(t) и Un+i(t) имеют одинаковую фазу, то

Un(t) Un+i(t), UBblx(t) 2Un(t) + Xn(t) + Xn+i(t)

Если Un(t) и Un+i(t) имеют противопо- ложные фазы, то

Un(t) -Un+i(t), UBblx(t) Xn(t) + Xr4i(t)

Для оценки отношения с/ш вычислим отношение мощности сигнала к дисперсии помехи на выходе детектора.

Отношение с/ш на выходе детектора равно

U0(t)-dt

0,5T/B(r) d(r)

о

(2)

5 0

5 0

5 0

0

5

0

5

где В(г) - функция корреляции шума.

Это отношение с/ш сравнительно мало,

Цель изобретения - повышение отношения сигнал/шум на выходе детекторе, что позволяет повысить помехоустойчивость приема дискретной информации при заданной мощности передатчика. Это означает, что при заданных требованиях к помехоустойчивости приема можно либо уменьшить мощность передатчика, либо увеличить дальность связи.

Поставленная цель достигается благодаря тому, что в известное устройство, содержащее последовательно соединенные блок вычитания и амплитудный детектор, дополнительно введены N ключей, первая и вторая линии задержки, сумматор и последовательно соединенные умножитель частоты, узкополосный фильтр, делитель частоты, ограничитель, блок дифференцирования и управляемый генератор, выход которого подключен к входу первой линии задержки, каждый из N отводов которой подключен к управляющему входу соответствующего ключа, вход устройства подключен к входу умножителя и к входу второй линии задержки, каждый из N отводов которой подключен к информационному входу соответствующего ключа, выход каждого из N ключей соединен соответственно с одним из N входов сумматора, выход которого соединен с вторым входом блока вычитания.

На чертеже представлена структурная электрическая схема устройства для детектирования сигналов ОФМ.

Устройство содержит блок 1 вычитания, амплитудный детектор 2, сумматор 15, первую линию 4 задержки, ключи 5-7, вторую линию 8 задержки, умножитель 9 частоты, ограничитель 10, узел 11 дифференцирования, узкополосный фильтр 12, делитель 13 частоты, управляемый генератор 14, блок 3 формирования опорного сигнала,

Согласно изобретению с помощью линии задержки, ключевых схем и сумматора формируется зеркальное отображение п-й опорной посылки, т.е. из (п+1)-й посылки вычитается в известном устройстве n-я посылка. В предлагаемом устройстве из(п-1)-й посылки вычитается зеркальное отображе- опорной n-й посылки. Зеркальное отображение n-й посылки отличается от самой посылки тем, что в известной n-й посылке сначала идет ее начало, а затем конец, а в зеркальном отображении n-й посылки сначала идет ее конец, потом уже начало. Следовательно, в блоке вычитания из на чальной части (п+1)-й посылки вычитается конечная часть n-й посылки, а из конечной части (п+1)-й посылки вычитается начальная часть n-й посылки. Но конечная часть п-й посылки и начальная часть (п+1)-й посылки расположены близко друг к другу, разделены небольшим временным интервалом, Следовательно, шумы, поражающие конец n-й посылки и начало (п+1)-й посылки, очень сильно коррелированы друг с другом и при вычитании взаимно уничтожаются, что и приводит к увеличению отношения с/ш на выходе детектора.

Устройство содержи г блок 1 вычитания, на первый вход которого поступает сигнал ОФМ (замена сумматора в прототипе на блок вычитания не принципиальна, так как принцип работы и помехоустойчивость прототипа от этого не изменяется)

Первый вход вычитающего блока 1 подключен к входу линии 4 задержки с отводами. Число отводов линии задержки равно N, т.е. числу периодов несущей, содержащихся в одной посылке длительностью Т

N -;

)„ Т

2л

Первый отвод линии 4 задержки под- ключей к первому входу ключа 5. второй отвод линии 4 задержки подключен к первому входу ключа б и т.д., последний N-й отвод линии 4 задержки подключен к первому входу ключа 7. На вторые входы ключей 5-7 поступают тактовые импульсы, управляющие их работой. Выходы ключей 5-7 подключены к входу 3.

Тактовые импульсы формируются следующим образом./

Информационный сигнал ОФТ поступает на вход умножителя частоты на два (блок 9). На выходе блока 9 получим колебание двойной частоты U0cos2 (, в котором отсутствует манипуляция. Узкополосный фильтр 12 уменьшает уровень помех. Делитель 13 частоты осуществляет деление частоты в 2N раз. Усилитель-ограничитель 10 формирует прямоугольные импульсы с частотой следования оъ/N, т.е. с периодом Т. Дифференцирующее устройство 11 формирует из прямоугольных импульсов короткие синхронизирующие импульсы, которые синхронизируют генератор 14 прямоугольных

импульсов, вырабатывающий прямоугольП -.

ные импульсы длительностью Т0 -rj- и периодом следования Т. Эти прямоугольные импульсы поступают от генератора 14 на линию 8 задержки с N отводами, На ключ 5 поступает тактовый импульс непосредственно в интервале времени 0-Т0; на ключ 6 тактовый импульс поступает с первого отвода линии 8 задержки в интервале времени Т0-2Т0 (время задержки тактового импульса на первом отводе равно Т0). На ключ 7 тактовый импульс поступает от линии 8 задержки в интервале времени{N-1)T0-NT0 (время задержки на N-м отводе равно (N-1)T0). Ключи 5-7 пропускают сигнал, поступающий на их информационные входы с блока 4, если на управляющий вход поступает тактовый импульс с блока 8, Выход сумматора 3 подключен к второму входу вычитающего блока 1. Выход вычитающего блока 1 подключен к входу амплитудного детектора 2, выход которого является выходом устройства.

Устройство работает следующим образом.

Сигнал ОФМ поступает на первый вход вычитающего блока 1. Две соседние посылки сигнала ОФМ Un(t) и Un+i(t) имеют вид:

Un(t)Uo eosKt + §);

(3) Un+1 (t) - Uo cos (ah t + I); 0 t Т

t/t

Каждая посылка имеет длительность Т и содержит N периодов несущей частоты длительностью Т0.

Посылки сигнала ОФМ поступают одновременно на вход линии 4 задержки с N выходами (отводами). Первый отвод линии 4 задержки соответствует временной задержке длительностью Т0; второй отвод соответ- свует временной задержке ЗТ0; и т.д....; N-й отвод соответствует временной задержке (2N-1)T0. Пусть n-я посылка действует на интервале времени от t -Т до t 0. следовательно, первый период несущей частоты заполнения n-й посылки существует на интервале времени от t -NT0 Т до t -(N- 1)Т0. Второй период несущей частоты заполнения n-й посылки действует на временном интервале от t -(N-1)T0 до t -(N-2)To. Наконец, последний N-й период несущей частоты заполнения n-й посылки действует на интервале от t -Т0 до t 0. На интервале времени от 0 до Т действует уже (п+1)-я посылка.

На первом отводе линии 4 задержки в интервале времени от 0 до Т0 будет деиствовать последний N-й период несущей частоты- по,сылки, так как он действовал на входе линии задержки на интервале от -Т0 до 0 и был задержан на время Т0 на первом отводе линии задержки. На ключ 5 поступает тактовый импульс длительностью Т0, действующий на интервале от t 0 до t То. На выходе ключа 5 получим последний N-й период несущей частоты n-й посылки, существующий на интервале времени от 0 до То.

На втором отводе линии 4 задержки (он дает задержку ЗТ0) в интервале времени То- 2Т0 будет действовать (1М-1)-й период несущей частоты заполнения n-й посылки, так как он действовал на входе линии задержки от t -2Т0 до t -To и был задержан на время ЗТ0 на втором отводе. На ключ 6 поступает тактовый импульс длительностью Т0, действующий на интервале времени Т0-2Т0. На выходе ключа 6 получим (М-1)-й период несущей частоты n-й посылки, существующий на интервале времени от Т0 до 2Т0 т.е. предпоследний период следует на выходе ключа б за последним периодом несущей на выходе ключа 5.

Аналогично на N-м отводе линии 4 задержки, дающем задержку на время (2N- 1)Т0, в интервале времени от t (N-1)T0 до (2N-1)T0 будет действовать первый период несущей частоты n-й посылки. На ключ 7 поступает тактовый импульс длительностью Т0, действующий на интервале времени от t - (N-1)T0 до t -- NT0. На выходе ключа 7 получим первый период несущей частоты n-й посылки, существующей на интервале времени от t (N-t)T0 до t NT0.

Суммируя напряжения с выходов ключей 5-7 в сумматоре 3, получим на его выходе зеркальное отображение n-й посылки, оно вычитается в блоке 1 вычитания из(п+1)- й, посылки, и результат вычитания детектируется в амплитудном детекторе 2.

Покажем, что применение предложенного устройства позволяет повысить отношение сигнал/шум на выходе. Напряжение (я+1)-й посылки равно Un+i(t), а напряжение опорной посылки равно зеркальному отображению n-й посылки, т.е. Un(-t). считая, что начало отсчета совпадает с началом (п+1)-й посылки. Соответственно, шум, поражающий зеркальное отображение n-й посылки, равен зеркальному отображению Xn(t), т.е. равен Xn(-t).

В соответствии с выражениями (2) и (3) напряжение сигнала на выходе детектора равно

Uc 0,(t)+Uo(-t)dt, (4)

о

а напряжение помехи равно

Uiu - 0,5 } Xn+i(t) - Xn(-t)dt , (5)

Так как посылки сигнала обычно симметричны, то

Uc / U0(t)dt(6)

10о

Дисперсия (8) равна

Oi /. / В(г) - B(2t + r)dtdr / (7)

о о

15

сдедовательно, в предлагаемом устройстве

иЗ

U Uo(t)

т

™ 0.5/ (r)-B(2i+r)dtdT

.(8)

Пусть

В(г) 0оехр(- а/г /).

тогда, вычисляя (2) и (8), получим, что при а Т 2 применение предложенного устройства позволяет повысить отношение с/ш на выходе детектора примерно в 1,4 раза. При о: Т 1 выигрыш в отношении с/ш составо

ляет примерно 1,8 раза (-2 1.8).

П2

Таким образом, предлагаемое устройство позволяет существенно увеличить отношение сигнал/шум на выходе детектора

сигналов ОФТ.

При неизменной дальности связи предлагаемое устройство позволяет в 1,8 раза (формула 8) уменьшить мощность передатчика, что даст существенный технико-экономический эффект.

Формула изобретения Устройство для детектирования сигналов относительно фазовой мани пуляции, содержащее блок вычитания, первый вход

которого соединен с входом блока формирования опорного сигнала, выход которого подключен к второму входу блока вычитания, выход которого соединен с входом амплитудного детектора, выход которого

является выходом устройства, входом которого является первый вход блока вычитания, отличающееся тем, что, с целью повышения помехозащищенности путем увеличения отношения сигнал/шум на выходе устройства, блок формирования опорного сигнала содержит две линии задержки, N ключей, умножитель частоты, узкополосный фильтр, делитель частоты, ограничитель, узел дифференцирования.

управляемый генератор и сумматор, N входов которого подключены к выходам соответствующих N ключей, первые входы которых подключены соответственно к N входам первой линии задержки, вход которой подключен к входу умножителя частоты, выход которого через последовательно соединенные узкополосный фильтр, делитель

частоты, ограничитель, дифференцирующий узел и управляемый генератор соединен с входом второй линии задержки. N выходов которой подключены к вторым входам соответствующих N ключей, причем выход сумматора является выходом блока формирования опорного сигнала, входом которого является вход умножителя частоты.