Устройство для демодуляциидВОичНыХ СигНАлОВ Советский патент 1981 года по МПК H04L27/22 

тающих блоков 5. сумматоров 6, первого дополнительного сумматора 7 и перемножителей 8; счетчик 9, регистр 10 сдвига, второй дополнительный сумматор 11, дискриминатор 12 уровня сигнала, ключ 13, реле 14. Устройство работает следующим образом. Сигнал с выхода канала связи поступает иа вход блока 1. Здесь сигнал подвергается взаимно-однозначному линейному преобразованию такому, чтобы каждому отрезку входного сигнала длительностью Т соответствовал набор чисел (отсчетов компонент), которые поступают на входы блоков 2 в виде напряжений, постоянных на интервале Т и сменяемых на границе между интервалами. Блок 1 в случае видеосигнала представляет собой устройство выборки отсчетов и запоминания их на время Т, а в случае радиосигнала должен содержать два синхронных детектора, работающих в квадратуре, и два устройства выборки отсчетов. В обоих случаях количество выходов блока 1 равно п 2F Т. Линия 3 представляет собой дискретно-аналоговую линию задержки, во всех отводах которой происходит одновременная смена отсчетов сигнала на границе между соседними тактовыми.дц1 рвалами. Таким 6бра|ok, на протяжении интервала обраббтйй YI в распорялсении демодулятора в «застывщем виде имеются М отсчетов (вектор) входного сигнала на М выходах линии задержки - и М отсчетов импульсной реакции канала на М выходах Т блока 4, где М целое число, характеризующее время рассеяния Тз и равное числу выходов линии задержки, а также числу ячеек памяти в блоке оценки импульсной реакции канала. Обозначая X г,к - отсчет сигнала на интервале Т в k-OM отводе линии (k 1, 2, ..., М); q/ - /-Й отсчет реакции канала (, 2, .. ., М); а г -- знак {-и информационной посылки (а; ± 1) имеем Хг,к а;+к-1 qi + аг+к-2 с(2 + ... + гч. «-м Ям+ UK х,-,, а,--,к-е q,+ и к,(1) где x; {x,-,Ki - вектор сигнала; и к- помеха. Счет отводов в линии задержки ве/дется справа налево. Из (1) следует, что в каждом отводе линии задержки содержится составляющая сигнала, обусловленная искомым знаком а, . Например, в «k отводе такой составляющей является: а, q,; (2) Задача предложенного устройства состоит в том, чтобы выбрать такое из двух значений а , которое наилучщим (в смысле избранного критерия) образов удовлетворит всей спстемс равенств (1) во всех компонентах принятого сигнала. Эта задача решается следуюпигм образом. Считая q/ Извсстиым точно, осуществляется перебор всевозможных комбинаций последующих символов аг+/ (j 0,1, .. ., Ml) в предположении, что рещение о знаках предыдущих символов уже вынесено с достоверностью. Для каждого набора а((+/)г в соответствии с (1), но без помехи, вычисляются Хг,к,г для всех компонент сигнала (г-номер набора). Фиксируется тот набор а {г+/)г , которому coответствует Xj,, ближайщий к Х/. Мера близости устанавливается с помощью некоторого нелинейного функционала d от разности (Хгг- Х ). В простейшем случае этой мерой может быть геометрическое расстояние в Эвклидовом пространстве упорядоченных отсчетов сигнала. После того, как найден набор знаков, которому соответствует минимальное d ir, из этого набора удерживается лишь искомый зиак а, который поступает на выход, как окончательное решение. На следующем (1т1)р. тактовом интервале а; считается уже известным, а знаки аг+/+1 снова подвергаются перебору, с целью выявления минимального di-n/ d (Хг-ыг - Хг+1 ) и соответствующего ему знака ai+i и так далее. Описанная процедура работы может быть охарактеризована как обработка сигнала в целом на интервале рассеяния МТ с поэлементным принятием рещения. В блоке 4 производится оценка импульсной реакции канала в форме отсчетов данной компоненты этой реакции. В случае, когда в составе принимаемого сигнала присутствуют испытательные импульсы, защищенные с обеих сторон пассивными защитными интервалами, блок 4 представляет собой устройство выборки отсчетов и распределения их по отдельным ячейкам памяти, число которых равно М. Блоки 5 ироизводят вычитание отсчетов входного сигнала X; из вариантов ожидаемого сигнала Х(,г , формируемых матрицей перемножителей 8 и сумматоров 6. В перемножителях 8 производится умножение тсчетов импульсной реакции q на знаки i±j ±1, следовательно, перемножитеи 8 представляют собой ключи, подающие отсчеты реакции q, с выходов блока 4 на входы сумматоров 6. Управление неремножителями 8 производится от счетчика 9 и от регистра 10. И труктурно, и функционально сумматоры 6 перемножители 8 образуют матрицу, на ходе которой действует вектор (столбец)

отсчетов реакции G jq/}, а на выходе образуется вектор ожидаемого сигнала Х(,г

X,,. .(3)

Матрица А образована двоичными коэффициентами а/+/ , причем ее верхняя треугольная часть составлена из известных знаковых коэффициентов (аг-/ , j ) получаемых от регистра 10 и постоянных на интервале Т; нижняя треугольная часть составлена из неизвестных знаков ( , j 1), получаемых от счетчика 9 и полностью перебираемых на интервале Т; главная диагональ образована искомым знаковым коэффициентом а/, получаемым от счетчика 9 и получающим в течение Т два значения: в течение одной половины интервала а/ +1, другой - а/ -1, безразлично в какой последовательности. Счетчик 9 должен в течение Т выдать одну за другой все 2 комбинаций (наборов) знаковых коэффициентов а {г+у1г безразлично в какой последовательности.

Счетчик 9 может представлять собой; например М-разрядный двоичный счетчик, занускаемый с частотой f . В ходе счета на выходах счетчика будут иметь место одна за другой все 2- возможных комбинаций двоичных знаков. Если счетчик выполнен на триггерах, то в качестве управляющих сигналов для коммутации перемножителей 8 удобно использовать противофазные выходы триггеров.

С выходов блоков 5 на входы сумматора 7 поступают разности вида Х{,к,г - Х(,к,/ , в сумматоре 7 производится сложение квадратов этих разностей и получение квадрата нормы разности ожидаемого и пришедшего сигналов.

d2 (Х,..-Х,) ||Xi,.-X;||2 i(X,,K.

-хг,к)2.(4)

При выборе другой метрики в пространстве отсчетов в сумматоре 7 производится другая нелинейная операция, например сложение модулей разностей

d(xi,r-x,) |х1г,к.г-хг,к|.(5)

Выбор метрики определяется в первую очередь статистикой аддитивного шума в канале. При белом гауссовом шуме критерий максимального правдоподобия приводит к правилу (4). При наличии импульсных помех может оказаться оптимальной метрика

d {Xi,r-Xi) Мах|Хг,к,г-Хлк|. (6)

в сумматоре 7 заканчиваются операции, связанные с одной компонентой сигнала. В других блоках 2, общее число которых п 2FT, производятся точно такие

же операции над остальными компонентами сигнала. Блок 2 абсолютно одинаковы и взаимозаменяемые. Их можно рассматривать как независимые ветви разнесения при приеме одной и той же информации.

Для оптимального когерентного сложения этих ветвей разнесения достаточно сложить выходы первых дополнительных

сумматоров 7 в сумматоре 11, и рассматривать результат второго сложения как норму общего пМ-мерного вектора разности ожидаемого z ,-,г и канального z; сигналов. Такое сложение правомерно при метриках (4) и (5). При метрике (6) вместо второго дополнительного сумматора 11 снова должно быть использовано устройство, реализующее (6).

Дискриминатор 12 должен определить момент, когда очередной щаг перебора счетчика 9 приведет к появлению сигнала

Z 1,г наименее отличающегося от канального сигнала z,- , т. е. выдать импульс в тот момент, когда на выходе сумматора 11 появится минимальный результат с начала текущего интервала Т. Дискриминатор 12 может, например, содержать пиковый детектор падающего напряжения и индикатор тока разряда конденсатора. В начале интервала Т конденсатор заряжен до наибольшего возможного напряжения. По мере прихода на дискриминатор 12 очередных результатов суммирования напряжение на конденсаторе понижается до очередного уровня, если он ниже остаточного напряжения на предыдущем щаге, или сохраняет свое прежнее значение, если он

равен или выше остаточного напряжения. Индикатор тока разряда конденсатора выдает импульс каждый раз, когда происходит разряд конденсатора, хотя бы на малую величину напряжения. Таким образом, к концу интервала Т на конденсаторе остается напряжение, численно равное минимальному расстоянию между входным и г-ым ожидаемым сигналом, а на выходе дискриминатора 12 имеется один или несколько импульсов, происходящих в моменты времени, соответствующие более

х

«тесному приближению z;,r к Z,-. Последний из этих импульсов соответствует блилсайщему из z/,r. Каждый раз прн появлении импульса на выходе дискриминатора 12 открывается ключ 13, и то значение а, которое в момент появления очередного

импульса имеет место на главном выходе счетчика 9, записывается в реле 14. В течение Т реле 14 будет получать противоречивые «приказы, однако к концу Т в реле 14 окажется записанным то значение

aj, которое соответствует наиболее близкоMy Z(,r к Z(- . Таким обазом, логика работы устройства такова, что к концу i-ro интервала на входе регистра 10 появится символ а; - первый из комбинации (3;+/) соответствующей ожидаемому

Z г,г, ближайшему к z . В конце i-ro интервала Т регистр 10 перепишет это значение а.1 в свою первую ячейку, и на следуюш,ем (iH-l)-M интервале только что зарегистрированное а/ станет «работать в качестве уже известного символа ; прочие ячейки регистра также получат новое содержание от соседних слева ячеек; на входе и выходах линии 3 произойдет обновление аналогичных отсчетов, дискриминатор 12 будет возвращен к исходному состоянию. Эти операции осуществляются синхронно по команде из блока управления. Ритм работы блока 4 подчинен цикловому периоду (например, моментам прихода испытательных импульсов).

Остальные блоки не содержат элементов памяти, являются безинерционными и в управлении не нуждаются.

Выходом всего предложенного устройства является первая ячейка регистра 10.

Таким образом, преимущество предлагаемого устройства перед аналогичными техническими решениями заключается в повышении достоверности демодуляции при сохранении относительной простоты устройства, в снижении задержки сигнала в демодуляторе, в устранении флуктуации фронтов выходного дискретного сигнала, которые могли быть ири переходе с луча на луч, а в связи с этим в отсутствии ошибок типа сдвига, в расширении допустимого интервала рассинхронизации - и, как следствие, в повышении надежности и жизнеспособности всей системы связи, построенной на базе данного предлагаемого устройства.

Формула изобретения Устройство для демодуляции двоичных сигналов, содержащее перемножители, выходы которых соединены через сумматоры с входами вь1нита1рщих блоков, первый дополнительный сумматор, блок оценки импульсной реакции и линию задержки, вход

которой соединен с выходом блока преобразования входного сигнала, второй допол нительный сумматор, выход которого соединен с входом дискриминатора уровня сигнала, регистр сдвига, выходы которого

соединены с первыми входами одних перемножителей, отличающееся тем, что, с целью повышения достоверности, введены реле, ключ и счетчик, выходы которого соединены с первыми входами других перемножителей, вторые входы которых соединены с вторыми входами одних перемножителей и выходами блока оценки импульсной реакции, вход которого соединен с одним выходом линии задержки, другие

выходы которой соединены с дополнительными входами соответствующих вьгчитаюЩИ.Х , выходы которых через нер;вый дополнительный сумматор соединены с входом второго дополнительиого сумматора, причем выход дискриминатора уровня сигнала соединен с первым входом ключа выход которого через реле соединен с входом регистра сдвига, а соответствующий выход счетчика соединен с вторым входом

ключа.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР № 341170, кл. Н 04 В 15/00, 1970 (прототип).