RU2168869C1 - Method of demodulation of signals with relative phase-shift keying and device for realization - Google Patents
Method of demodulation of signals with relative phase-shift keying and device for realization Download PDFInfo
- Publication number
- RU2168869C1 RU2168869C1 RU2000103326A RU2000103326A RU2168869C1 RU 2168869 C1 RU2168869 C1 RU 2168869C1 RU 2000103326 A RU2000103326 A RU 2000103326A RU 2000103326 A RU2000103326 A RU 2000103326A RU 2168869 C1 RU2168869 C1 RU 2168869C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- signal
- input
- filtered
- delayed
- duration
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Digital Transmission Methods That Use Modulated Carrier Waves (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к технике связи и может использоваться при приеме сигналов дискретной информации при нестабильности несущей частоты сигнала, вызванной в частности наличием большой величины доплеровского смещения частоты в канале связи. The invention relates to communication technology and can be used when receiving discrete information signals with instability of the carrier frequency of the signal, caused in particular by the presence of a large value of the Doppler frequency offset in the communication channel.
Для приема и демодуляции сигналов с относительной фазовой манипуляцией, в общем случае возможно использование трех основных способов демодуляции [1-3]: когерентного, корреляционного и автокорреляционного. To receive and demodulate signals with relative phase shift keying, in the general case, it is possible to use three main methods of demodulation [1-3]: coherent, correlation, and autocorrelation.
Информационным параметром при фазоразностной модуляции является разность фаз двух посылок:
Sn-1(t) = cos(ω0t+θn-1), Sn(t) = cos(ω0t+θn). (1)
При демодуляции определяется θ = θn-θn-1:
Так как норма величина положительная, а для двухпозиционной фазовой манипуляции θ ∈ {0,π}, то в выражении (2) для двухпозиционной фазовой манипуляции требуется определять только знак переданной разности фаз:
signI = sign(cosθ ), (6)
где signI - знак переданного информационного символа, то есть (так как норма величина положительная):
signI = sign(Sn • Sn-1) (7)
Выражение (7) является фундаментальным в теории фазоразностной модуляции (ФРМ), поскольку с его помощью можно получить математические выражения для алгоритмов (способов) демодуляции сигналов с ФРМ и классифицировать их.The information parameter for phase-difference modulation is the phase difference of the two packages:
S n-1 (t) = cos (ω 0 t + θ n-1 ), S n (t) = cos (ω 0 t + θ n ). (1)
When demodulating is determined θ = θ n -θ n-1 :
Since the norm is a positive quantity, and for on-off phase manipulation θ ∈ {0, π}, in expression (2) for on-off phase manipulation it is required to determine only the sign of the transmitted phase difference:
signI = sign (cosθ), (6)
where signI is the sign of the transmitted information symbol, that is (since the norm is positive):
signI = sign (S n • S n-1 ) (7)
Expression (7) is fundamental in the theory of phase difference modulation (PRM), since it can be used to obtain mathematical expressions for the algorithms (methods) of demodulation of signals with PRM and to classify them.
Непосредственная реализация выражения (7):
позволяет осуществить автокорреляционную демодуляцию [1-3].Direct implementation of expression (7):
allows for autocorrelation demodulation [1-3].
При корреляционном способе демодуляции скалярное произведение (Sn•Sn-1) вычисляется через проекции векторов Sn(t) и Sn-1(t) на координатные функции (оси) f1(t) = cos ωt и f2(t) = sin ωt, а именно:
signI = sign [(Sn•f1) • (Sn-1(t) • f1) + (Sn•f2) • (Sn-1(t) • f2)]. (9)
При когерентном способе демодуляции скалярное произведение (Sn•Sn-1) вычисляется через проекцию на единственную координатную ось f0(t) = cos(ωt + θ0); таким образом:
signI = sign(Sn•f0) • sign(Sn-1 • f0), (10)
а координатную ось f0(t) получают путем восстановления фазы несущей сигнала.With the correlation method of demodulation, the scalar product (S n • S n-1 ) is calculated through the projections of the vectors S n (t) and S n-1 (t) onto the coordinate functions (axes) f 1 (t) = cos ωt and f 2 ( t) = sin ωt, namely:
signI = sign [(S n • f 1 ) • (S n-1 (t) • f 1 ) + (S n • f 2 ) • (S n-1 (t) • f 2 )]. (9)
With the coherent demodulation method, the scalar product (S n • S n-1 ) is calculated through the projection onto the single coordinate axis f 0 (t) = cos (ωt + θ 0 ); thus:
signI = sign (S n • f 0 ) • sign (S n-1 • f 0 ), (10)
and the coordinate axis f 0 (t) is obtained by restoring the phase of the carrier signal.
Когерентный способ демодуляции обладает наилучшей помехоустойчивостью среди перечисленных способов демодуляции [1-3], однако при нестабильности несущей частоты сигнала из-за срывов синхронизации в процессе восстановления несущей сигнала будет происходить потеря информации [3, стр. 160-164], в таких случаях используют некогерентные способы демодуляции. Аналогично, некогерентные способы демодуляции оказываются более предпочтительными в случаях существенной априорной неопределенности несущей частоты сигнала, вызванной, в частности, наличием большой величины доплеровского смещения частоты в канале связи с космическими аппаратами (КА) типа Mars Polarlander или Mars Pathfinder [6], а также при потере когерентности опорного колебания, как это имело место в КА Galileo [7]. The coherent demodulation method has the best noise immunity among the above demodulation methods [1-3], however, if the carrier frequency of the signal is unstable due to synchronization failures, information loss will occur during the recovery of the carrier signal [3, p. 160-164], in such cases use incoherent demodulation methods. Similarly, incoherent demodulation methods are more preferable in cases of significant a priori uncertainty of the carrier frequency of the signal, caused, in particular, by the presence of a large Doppler frequency shift in the communication channel with spacecraft (Mars) such as Mars Polarlander or Mars Pathfinder [6], as well as loss of the coherence of the reference oscillation, as was the case in the Galileo spacecraft [7].
Известен корреляционный способ демодуляции сигналов с относительной фазовой манипуляцией [4], недостатком данного корреляционного способа демодуляции является то, что расстройка опорного колебания не должна превышать величины обратно пропорциональной 8Ts [8]:
Δ<1/8Ts, (11)
где Ts - длительность символа.Known correlation method of demodulation of signals with relative phase shift keying [4], the disadvantage of this correlation method of demodulation is that the detuning of the reference oscillation should not exceed the value inversely proportional to 8T s [8]:
Δ <1 / 8T s , (11)
where T s is the duration of the character.
Известен более устойчивый к нестабильности несущей частоты сигнала автокорреляционный способ демодуляции сигналов с относительной фазовой манипуляцией [2, стр. 158-162], абсолютно инвариантный к частоте демодулируемого сигнала основанный на использовании оператора вида:
где Yn(t), Yn-1(t), Yn-2(t) - посылки принимаемого сигнала, представляющие собой при отсутствии помех отрезки гармонического колебания с частотой ω и фазами Φn-2, Φn-1 и Φn,
принятый за прототип.Known more resistant to instability of the carrier frequency of the signal autocorrelation method of signal demodulation with relative phase shift keying [2, p. 158-162], absolutely invariant to the frequency of the demodulated signal based on the use of an operator of the form:
where Y n (t), Y n-1 (t), Y n-2 (t) are the packages of the received signal, which, in the absence of interference, are harmonic-oscillation segments with frequency ω and phases Φ n-2 , Φ n-1 and Φ n ,
adopted as a prototype.
В прототипе аналогичный выражению (12) автокорреляционный алгоритм демодуляции имеет вид [2, стр. 160-162]:
где z(t) - принимаемый сигнал, a z*(t) - сигнал, фаза которого повернута на 90o по отношению к исходному сигналу.In the prototype, an autocorrelation demodulation algorithm similar to expression (12) has the form [2, pp. 160-162]:
where z (t) is the received signal, az * (t) is the signal, the phase of which is rotated by 90 o relative to the original signal.
Как следует из выражения (13), способ-прототип предполагает выполнение следующих операций над сигналом:
- задерживают принятый сигнал на половину длительности символа,
- формируют одну компоненту сигнала перемножением принятого и задержанного сигналов,
- фазу задержанного сигнала поворачивают на 90o,
- формируют другую компоненту сигнала перемножением принятого сигнала с задержанным сигналом, фаза которого повернута на 90o,
- синхронно интегрируют со сбросом на интервале времени, равном половине длительности символа, каждую из двух компонент сигнала,
- задерживают оба проинтегрированных сигнала на половину длительности символа,
- перемножают каждый из двух проинтегрированных сигналов с соответствующим ему задержанным сигналом,
- суммируют результаты перемножения,
- задерживают суммарный сигнал на половину длительности символа,
- суммируют суммарный сигнал и задержанный суммарный сигнал,
- принимают решения о значении переданного двоичного символа по знаку результата второго суммирования.As follows from expression (13), the prototype method involves the following operations on the signal:
- delay the received signal for half the duration of the character,
- form one component of the signal by multiplying the received and delayed signals,
- the phase of the delayed signal is rotated 90 o ,
- form another component of the signal by multiplying the received signal with a delayed signal, the phase of which is rotated 90 o ,
- synchronously integrate with a reset on a time interval equal to half the symbol duration, each of the two signal components,
- delay both integrated signals by half the duration of the character,
- multiply each of the two integrated signals with the corresponding delayed signal,
- summarize the results of multiplication,
- delay the total signal by half the duration of the character,
- summarize the total signal and the delayed total signal,
- make decisions about the value of the transmitted binary symbol by the sign of the result of the second summation.
Устройство-прототип [5] содержит два квадратурных автокоррелятора, состоящих из общего элемента памяти на половину длительности посылки, фазовращателя, двух перемножителей и двух интеграторов со сбросом, выходы которых непосредственно и через другие элементы памяти на половину длительности посылки подключены к третьему и четвертому перемножителям, выходы последних подключены к входам сумматора, а его выход соединен с одним из входов дополнительного элемента памяти на половину длительности посылки и через дополнительный сумматор с входом порогового элемента. Входы дополнительного сумматора через дополнительный элемент памяти и непосредственно соединены с соответствующими выходами устройства синхронизации и управления, соединенного также со всеми элементами памяти, кроме первого, и с входами сброса интеграторов. The prototype device [5] contains two quadrature autocorrelators, consisting of a common memory element for half the duration of the parcel, a phase shifter, two multipliers and two integrators with reset, the outputs of which are directly and through other memory elements for half the duration of the parcel connected to the third and fourth multipliers, the outputs of the latter are connected to the inputs of the adder, and its output is connected to one of the inputs of the additional memory element for half the duration of the transmission and through an additional adder with input house threshold element. The inputs of the additional adder through an additional memory element and are directly connected to the corresponding outputs of the synchronization and control device, also connected to all memory elements, except the first one, and to the reset inputs of the integrators.
Недостатком способа-прототипа и устройства-прототипа является присутствие помех в результатах перемножении, предшествующих интегрированию со сбросом. Покажем это. The disadvantage of the prototype method and the prototype device is the presence of interference in the multiplication results preceding integration with the reset. Show it.
Представим модель принимаемого сигнала r(t) как аддитивную смесь переданного сигнала s(t) и аддитивного полосового гауссовского шума n(t):
r(t) = s(t) + n(t). (14)
Сигнал с относительной фазовой манипуляцией (2ФМн) можно описать моделью [8]:
(16)
где - амплитуда сигнала, f0 - несущая частота сигнала, Φ0 - начальная фаза сигнала, T - длительность символа, ε начальная фаза тактовой частоты сигнала, mi - дифференциально-кодированные информационные символы сообщения.We represent the model of the received signal r (t) as an additive mixture of the transmitted signal s (t) and the additive Gaussian band noise n (t):
r (t) = s (t) + n (t). (14)
A signal with relative phase shift keying (2PSK) can be described by the model [8]:
(16)
Where is the signal amplitude, f 0 is the carrier frequency of the signal, Φ 0 is the initial phase of the signal, T is the duration of the symbol, ε is the initial phase of the clock frequency of the signal, m i are the differential-encoded information symbols of the message.
Модель аддитивного полосового гауссовского шума n(t) через его огибающую n0(t) можно представить следующим образом:
n(t) = n0(t)cos(2πf0t+ψ0) (17)
Для упрощения обозначений амплитуда сигнала полагается равной единице, полная фаза сигнала Φ(t) = 2πf0t+Φ0. Тогда r(t) можно представить следующим образом:
r(t) = m(t)cosΦ(t) + n0cosΦ(t). (18)
Результат перемножения pI(t) принятого сигнала r(t) с тем же, но задержанным, в соответствии со способом-прототипом, сигналом r(t-T/2), представляется следующим образом:
В соответствии с известными тригонометрическими выражениями производные косинусов в (19) можно представить как полусумму косинусов суммарного и разностного углов:
Следует отметить, что информационной компонентой, несущей информацию о модулирующем сообщении m(t), является только первое из восьми слагаемых выражения (20), при этом остальные нечетные слагаемые, являются низкочастотными помеховыми компонентами, а все четные - высокочастотными помеховыми компонентами.The model of additive Gaussian bandwidth noise n (t) through its envelope n 0 (t) can be represented as follows:
n (t) = n 0 (t) cos (2πf 0 t + ψ 0 ) (17)
To simplify the notation, the signal amplitude is set equal to unity, the total phase of the signal is Φ (t) = 2πf 0 t + Φ 0 . Then r (t) can be represented as follows:
r (t) = m (t) cosΦ (t) + n 0 cosΦ (t). (18)
The result of multiplying p I (t) of the received signal r (t) with the same, but delayed, in accordance with the prototype method, signal r (tT / 2), is as follows:
In accordance with the well-known trigonometric expressions, the derivatives of cosines in (19) can be represented as the half-sum of cosines of the total and difference angles:
It should be noted that the information component carrying information about the modulating message m (t) is only the first of the eight terms of expression (20), while the remaining odd terms are low-frequency interference components, and all even ones are high-frequency interference components.
Таким образом все последующие семь слагаемых выражения (20) снижают помехоустойчивость способа прототипа. Thus, all the following seven terms of expression (20) reduce the noise immunity of the prototype method.
Аналогичное выражение выводится и для результата перемножения pQ(t) принятого сигнала с задержанным сигналом, фаза которого повернута на 90o:
Осуществляя с выражением (21) тождественные тригонометрические преобразования, как для выражения (20), получим:
Аналогично выражению (20) для pI(t) в выражении (22) для pQ(t) слагаемым полученным для восстановления из r(t) модулирующей функции m(t) является только первое слагаемое. То есть, так же как и в выражении (20), последующие семь слагаемых в (22) снижают помехоустойчивость способа-прототипа. Отметим, если допустить равномерной спектральную плотность мощности N0 для шума n0(t) в полосе принимаемых частот B, что является обычным допущением для аудитивного полосового гаусовского шума, то его средняя мощность Pn0= N0B.A similar expression is also derived for the result of multiplying p Q (t) of the received signal with a delayed signal, the phase of which is rotated 90 o :
Carrying out identical trigonometric transformations with expression (21), as for expression (20), we obtain:
Similarly to expression (20) for p I (t) in expression (22) for pQ (t), the term obtained to restore the modulating function m (t) from r (t) is only the first term. That is, as in expression (20), the following seven terms in (22) reduce the noise immunity of the prototype method. Note that assuming a uniform power spectral density N 0 for noise n 0 (t) in the received frequency band B, which is a common assumption for audited Gaussian band noise, its average power Pn 0 = N 0 B.
Таким образом, в способе-прототипе образуются дополнительные помеховые сигналы снижающие его помехоустойчивость. Thus, in the prototype method, additional interference signals are formed that reduce its noise immunity.
Повышение помехоустойчивости за счет полосовой фильтрации ограничивается неопределенностью по частоте и полосой принимаемого сигнала. The increase in noise immunity due to bandpass filtering is limited by the uncertainty in frequency and bandwidth of the received signal.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение помехоустойчивости за счет исключения дополнительных высокочастотных помеховых составляющих, возникающих в прототипе после операций перемножения, которые предшествуют интегрированию со сбросом, и за счет снижения мощности других шумовых составляющих перед интегрированием со сбросом, при сохранении инвариантности к частоте принимаемого сигнала. The technical result of the invention is to increase noise immunity by eliminating additional high-frequency noise components that occur in the prototype after multiplication operations that precede integration with reset, and by reducing the power of other noise components before integration with reset, while maintaining invariance to the frequency of the received signal.
Технический результат достигнут тем, что способ демодуляции сигналов с относительной фазовой манипуляцией включает синхронное интегрирование со сбросом на интервале времени, равном половине длительности символа, каждой из двух компонент сигнала, задержку обоих проинтегрированных сигналов на половину длительности символа, перемножение каждого из двух проинтегрированных сигналов с соответствующим ему задержанным сигналом, суммирование результатов перемножения, задержку суммарного сигнала на половину длительности символа, последующее суммирование суммарного сигнала и задержанного суммарного сигнала и принятие решения о значении переданного двоичного символа по знаку результата второго суммирования. The technical result is achieved by the fact that the method of demodulating signals with relative phase shift keying includes synchronous integration with resetting on a time interval equal to half the symbol duration, each of the two signal components, delaying both integrated signals by half the symbol duration, multiplying each of the two integrated signals with the corresponding it with a delayed signal, the summation of the results of multiplication, the delay of the total signal by half the duration of the symbol, the next the total summation of the total signal and the delayed total signal and the decision on the value of the transmitted binary symbol by the sign of the result of the second summation.
Согласно изобретению входной фазоманипулированный сигнал разлагают на синфазную и квадратурную составляющие относительно центральной частоты диапазона входных сигналов, фильтруют каждую из указанных составляющих в полосе низких частот, равной полуширине диапазона частот входных сигналов, оба отфильтрованных сигнала задерживают на половину длительности символа, при этом первую, из упомянутых выше компонент сигнала, формируют как результат суммирования произведения отфильтрованного синфазного сигнала с задержанным отфильтрованным синфазным сигналом и произведения отфильтрованного квадратурного сигнала с задержанным отфильтрованным квадратурным сигналом, а вторую, из упомянутых выше компонент сигнала, формируют как результат разности произведения задержанного отфильтрованного синфазного сигнала с отфильтрованным квадратурным сигналом и произведения отфильтрованного синфазного сигнала с задержанным отфильтрованным квадратурным сигналом. According to the invention, the input phase-manipulated signal is decomposed into in-phase and quadrature components relative to the center frequency of the input signal range, each of these components is filtered in the low-frequency band equal to the half-width of the input signal frequency range, both filtered signals are delayed by half the symbol duration, the first of which is mentioned above the signal component, is formed as a result of summing the product of the filtered common mode signal with the delayed filtered m common-mode signal and the product of the filtered quadrature signal with the delayed filtered quadrature signal, and the second of the above signal components is formed as the result of the difference of the product of the delayed filtered common mode signal with the filtered quadrature signal and the product of the filtered common mode signal with the delayed filtered quadrature signal.
Способ реализуется устройством, к входу которого подключены первые входы двух перемножителей, вторые входы которых подключены к общему источнику сигнала, при этом второй вход первого перемножителя связан с общим источником сигнала непосредственно, а второй вход второго перемножителя - через фазовращатель, содержащее элемент памяти на половину длительности посылки сигнала, и два интегратора со сбросом, выходы которых непосредственно и через второй и третий элементы памяти на половину длительности посылки сигнала подключены к другим соответствующим перемножителям, выходы последних через последовательно соединенные два сумматора подключены к решающему устройству, другой вход второго сумматора соединен с выходом первого сумматора через четвертый элемент памяти на половину длительности посылки сигнала, третий вход второго сумматора связан с устройством синхронизации, соединенным с упомянутыми элементами памяти на половину длительности посылки сигнала и с тактовым входом решающего устройства. The method is implemented by a device, the input of which is connected to the first inputs of two multipliers, the second inputs of which are connected to a common signal source, the second input of the first multiplier connected directly to the common source, and the second input of the second multiplier through a phase shifter containing a half-length memory element signal sending, and two integrators with reset, the outputs of which are directly and through the second and third memory elements for half the duration of the signal sending are connected to other to the respective multipliers, the outputs of the latter through two adders connected in series are connected to the resolver, the other input of the second adder is connected to the output of the first adder through the fourth memory element for half the duration of the signal transmission, the third input of the second adder is connected to the synchronization device connected to the mentioned memory elements by half the duration of the signal and with the clock input of the solver.
Согласно изобретению выход первого перемножителя подключен к входу одного из интеграторов через последовательно соединенные фильтр нижних частот (ФНЧ), пятый перемножитель и третий сумматор, выход второго перемножителя подключен к другому входу третьего сумматора через последовательно соединенные второй ФНЧ и шестой перемножитель, выход второго ФНЧ подключен к входу другого интегратора через последовательно соединенные пятый элемент памяти на половину длительности посылки сигнала, седьмой перемножитель, другим входом связанный с выходом первого ФНЧ, и вычитающее устройство, вычитающим входом через восьмой перемножитель связанное с выходом второго ФНЧ, выход пятого элемента памяти подключен к второму входу шестого перемножителя, между выходом первого ФНЧ и соединенными вторыми входами пятого и восьмого перемножителей включен первый элемент памяти на половину длительности посылки сигнала, а общим источником сигнала является генератор, частота которого равна центральной частоте диапазона входных частот сигнала, причем ширина полосы ФНЧ равна полуширине диапазона входных частот. According to the invention, the output of the first multiplier is connected to the input of one of the integrators through a series-connected low-pass filter (LPF), the fifth multiplier and the third adder, the output of the second multiplier is connected to another input of the third adder through the series-connected second LPF and the sixth multiplier, the output of the second LPF is connected to the input of another integrator through the fifth memory element connected in series for half the duration of the signal sending, the seventh multiplier, the other input connected to the output of the first low-pass filter, and the subtractor, subtracting the input through the eighth multiplier associated with the output of the second low-pass filter, the output of the fifth memory element is connected to the second input of the sixth multiplier, between the output of the first low-pass filter and the connected second inputs of the fifth and eighth multipliers, the first memory element is switched on for half the duration of the transmission signal, and the common signal source is a generator whose frequency is equal to the center frequency of the input signal frequency range, and the LPF bandwidth is equal to the half-width of the range and input frequencies.
Другое отличие состоит в том, что между выходами ФНЧ и общими точками подключения к их выходам других устройств включены соответствующие аналого-цифровые преобразователи, а устройства, следующие за аналого-цифровыми преобразователями, выполнены в цифровом виде. Another difference is that between the outputs of the low-pass filter and the common points of connection to their outputs of other devices, the corresponding analog-to-digital converters are included, and the devices following the analog-to-digital converters are made in digital form.
На фиг. 1 приведена структурная схема устройства, в котором реализуется предложенный способ. In FIG. 1 shows a structural diagram of a device in which the proposed method is implemented.
На фиг. 2 приведена структурная схема другого варианта устройства, в котором реализуется предложенный способ. In FIG. 2 shows a structural diagram of another embodiment of a device in which the proposed method is implemented.
Согласно предлагаемому способу:
1. Входной фазоманипулированный сигнал разлагают на синфазную и квадратурную составляющие относительно центральной частоты диапазона входных сигналов.According to the proposed method:
1. The input phase-shifted signal is decomposed into in-phase and quadrature components relative to the center frequency of the input signal range.
2. Фильтруют каждую из указанных составляющих в полосе низких частот, равной полуширине диапазона частот входных сигналов. 2. Filter each of these components in the low-frequency band equal to the half-width of the frequency range of the input signals.
3. Оба отфильтрованных сигнала задерживают на половину длительности символа. 3. Both filtered signals are delayed by half the symbol duration.
4. Формируют первую компоненту сигнала как результат суммирования произведения отфильтрованного синфазного сигнала с задержанным отфильтрованным синфазным сигналом и произведения отфильтрованного квадратурного сигнала с задержанным отфильтрованным квадратурным сигналом. 4. The first component of the signal is formed as a result of summing the product of the filtered common mode signal with the delayed filtered common mode signal and the product of the filtered quadrature signal with the delayed filtered quadrature signal.
5. Формируют вторую компоненту сигнала как результат разности произведения задержанного отфильтрованного синфазного сигнала с отфильтрованным квадратурным сигналом и произведения отфильтрованного синфазного сигнала с задержанным отфильтрованным квадратурным сигналом. 5. The second signal component is generated as the result of the difference of the product of the delayed filtered common-mode signal with the filtered quadrature signal and the product of the filtered common-mode signal with the delayed filtered quadrature signal.
6. Синхронно интегрируют со сбросом на интервале времени, равном половине длительности символа, каждую из двух компонент сигнала. 6. Synchronously integrate with a reset on a time interval equal to half the symbol duration, each of the two signal components.
7. Задерживают оба проинтегрированных сигналов на половину длительности символа. 7. Hold both integrated signals for half the duration of the character.
8. Перемножают каждый из двух проинтегрированных сигналов с соответствующим ему задержанным сигналом. 8. Multiply each of the two integrated signals with the corresponding delayed signal.
9. Суммируют результаты перемножения. 9. Summarize the results of multiplication.
10. Задерживают суммарный сигнал на половину длительности символа. 10. Delay the total signal for half the duration of the character.
11. Повторно суммируют суммарный сигнал и задержанный суммарный сигнал. 11. Re-summarize the total signal and the delayed total signal.
12. Принимают решение о значении переданного двоичного символа по знаку результата второго суммирования. 12. Make a decision about the value of the transmitted binary symbol by the sign of the result of the second summation.
Покажем, что в результате выполнения операций в соответствии с п.4 предлагаемого способа содержится первое (полезное) слагаемое p1I (t) из выражения (20):
а в результате выполнения операции в соответствии с п.5 предлагаемого способа содержится первое полезное слагаемое p1Q(t) из выражения (22)
Для этого сначала тождественно преобразуем (23) и (24) к следующему виду;
введем обозначения:
Is(t) = m(t)cosΦ0, (27)
Is(t-T/2) = m(t-T/2)cos(Φ0-ω0T/2), (28)
Qs(t) = m(t)sinΦ0, (29)
Qs(t-T/2) = m(t-T/2)sin(Φ0-ω0T/2), (30)
В общем случае в выражении (26) можно вместо Φ0 прибавить и отнять ΔΦ = Φ0+Δωt, тогда выражение (27) - (30) преобразуются к виду:
Is(t) = m(t)cos(Φ0-Δωt), (31)
Is(t-T/2) = m(t-T/2)cos(Φ0+Δωt-ω0T/2), (32)
Qs(t) = m(t)sin(Φ0+Δωt), (33)
Qs(t-T/2) = m(t-T/2)sin(Φ0+Δωt-ω0T/2), (34)
В соответствии с принятыми обозначениями (27)-(30) p1I(t) и p1Q(t) можно представить как:
p1I (t) = Is(t) Is(t-T/2)+Qs(t)Q5(t-T/2) (35)
p1Q(t) = Is(t)Qs(t-T/2) - Is(t-T/2) Q3 (36)
Из выражений (35) и (36) следует, что если разложить сигнал (t) на квадратурные составляющие, отфильтровать их, затем задержать каждую из них на T/2 и выполнить над ними операции перемножения и сложения-вычитания в соответствии с выражениями (35) и (36) то можно получить полезные компоненты для инвариантной к частоте демодуляции.We show that as a result of operations in accordance with
and as a result of the operation in accordance with
To do this, we first transform (23) and (24) identically to the following form;
we introduce the notation
I s (t) = m (t) cosΦ 0 , (27)
I s (tT / 2) = m (tT / 2) cos (Φ 0 -ω 0 T / 2), (28)
Q s (t) = m (t) sinΦ 0 , (29)
Q s (tT / 2) = m (tT / 2) sin (Φ 0 -ω 0 T / 2), (30)
In the general case, in expression (26), instead of Φ 0, you can add and subtract ΔΦ = Φ 0 + Δωt, then expression (27) - (30) is transformed to:
I s (t) = m (t) cos (Φ 0 -Δωt), (31)
I s (tT / 2) = m (tT / 2) cos (Φ 0 + Δωt-ω 0 T / 2), (32)
Q s (t) = m (t) sin (Φ 0 + Δωt), (33)
Q s (tT / 2) = m (tT / 2) sin (Φ 0 + Δωt-ω 0 T / 2), (34)
In accordance with the accepted notation (27) - (30), p 1I (t) and p 1Q (t) can be represented as:
p 1I (t) = I s (t) I s (tT / 2) + Q s (t) Q 5 (tT / 2) (35)
p 1Q (t) = I s (t) Q s (tT / 2) - I s (tT / 2) Q 3 (36)
From the expressions (35) and (36) it follows that if the signal (t) is decomposed into quadrature components, filter them, then hold each of them on T / 2 and perform multiplication and addition-subtraction operations on them in accordance with expressions (35 ) and (36) it is possible to obtain useful components for frequency-invariant demodulation.
Покажем, что в результате предложенного способа в новых составляющих р1I(t) и p1Q(t) содержится меньше шумовых составляющих.We show that as a result of the proposed method, the new components p 1I (t) and p 1Q (t) contain less noise components.
Представим входной сигнал r(t), обозначенный на основании предложенных обозначений в следующем виде:
Без потери общности полосовой сигнал n(t) аналогично, можно представить как сумму:
n(t) = n(t)cosΦ = n0c(t)cosωct-n0s(t)sinωct, (37)
где ωс - центральная частота диапазона частот,
После квадратурного разложения сигнала относительно центральной частоты ωс и фильтрации низкочастотных составляющих в полосе, равной полуширине входного диапазона частот, получим Ir(t) и квадратурную Qr(t) компоненты принятого сигнала соответственно, поскольку частота ωo в обозначениях (27)-(34) может быть произвольной
где - отфильтрованные квадратурные составляющие входного полосового шума, средняя мощность которых в соответствии с двухкратным обужением полосы в соответствии с принятым выше допущением в два раза меньше мощности компонент n0C(t) и n0S(t).Imagine the input signal r (t), designated on the basis of the proposed notation in the following form:
Without loss of generality, a strip signal n (t) similarly, can be represented as the sum:
n (t) = n (t ) cosΦ = n 0c (t) cosω c tn 0s (t) sinω c t, ( 37)
where ω s is the center frequency of the frequency range,
After quadrature decomposition of the signal relative to the center frequency ω s and filtering of low-frequency components in a band equal to the half-width of the input frequency range, we obtain I r (t) and quadrature Q r (t) components of the received signal, respectively, since the frequency ω o in the notation (27) (34) can be arbitrary
Where - filtered quadrature components of the input strip noise, the average power of which, in accordance with the twofold band narrowing, in accordance with the assumption adopted above, is half the power of the components n 0C (t) and n 0S (t).
В результате операций над сигналом в предлагаемом способе, изложенном выше в п.4 и п.5 соответственно формируют составляющие pI(t) и pQ(t):
Как видно из выражений (22) и (42), в выражении для pI(t) отсутствуют высокочастотные шумовые составляющие, а как указано выше мощность каждой из исходных щумовых составляющих как минимум в два раза меньше, чем в способе-прототипе, за счет чего повышается помехоустойчивость демодуляции.As a result of operations on the signal in the proposed method described above in
As can be seen from expressions (22) and (42), in the expression for p I (t) there are no high-frequency noise components, and as indicated above, the power of each of the initial noise components is at least two times less than in the prototype method, due to which increases the noise immunity of demodulation.
Аналогичный результат можно показать для рQ(t).A similar result can be shown for p Q (t).
Устройство, реализующее предложенный способ демодуляции (см. фиг. 1), содержит перемножители 1, 2 первые входы которых подключены к входу устройства. Вторые входы перемножителей 1, 2 подключены к общему источнику сигнала 3, при этом второй вход первого перемножителя 1 связан с общим источником сигнала 3 непосредственно, а второй вход второго перемножителя 2 - через фазовращатель 4. Устройство также содержит элемент памяти на половину длительности посылки сигнала 5, а также два интегратора со сбросом 6, 7. Выходы интеграторов 6, 7 непосредственно и через второй 8 и третий 9 элементы памяти на половину длительности посылки сигнала подключены к перемножителям 10, 11. Выходы перемножителей 10, 11 через последовательно соединенные первый и второй сумматоры 12, 13 подключены к решающему устройству 14. Другой вход сумматора 13 соединен с выходом сумматора 12 через четвертый элемент памяти на половину длительности посылки сигнала 15. Третий вход второго сумматора 13 связан с устройством синхронизации 16, соединенным также с упомянутыми элементами памяти на половину длительности посылки сигнала 8, 9, 15 и с тактовым входом решающего устройства 14. Выход перемножителя 1 также подключен к входу интегратора 6 через последовательно соединенные фильтр нижних частот 17, пятый перемножитель 18 и третий сумматор 19. Выход перемножителя 2 подключен к другому входу третьего сумматора 19 через последовательно соединенные второй ФНЧ 20 и шестой перемножитель 21. Выход второго ФНЧ 20 подключен к входу интегратора 7 через последовательно соединенные пятый элемент памяти на половину длительности посылки сигнала 22, седьмой перемножитель 23, другим входом связанный с выходом первого ФНЧ 17, и вычитающее устройство 24, вычитающим входом через восьмой перемножитель 25 связанное с выходом второго ФНЧ 20. Выход пятого элемента памяти 22 подключен также к второму входу шестого перемножителя 21, между выходом первого ФНЧ 17 и соединенными вторыми входами пятого 18 и восьмого 25 перемножителей включен первый элемент памяти на половину длительности посылки сигнала 5. Общим источником сигнала является генератор 26, частота которого равна центральной частоте диапазона входных частот сигнала. Ширина полосы обоих ФНЧ 17, 20 равна полуширине диапазона входных частот. A device that implements the proposed method of demodulation (see Fig. 1) contains
В другом варианте устройства (см. фиг. 2) между выходами ФНЧ 17, 20 и общими точками подключения к их выходам других устройств включены соответствующие аналого-цифровые преобразователи, а устройства, следующие за аналого-цифровыми преобразователями, выполнены в цифровом виде. In another embodiment of the device (see Fig. 2), the corresponding analog-to-digital converters are connected between the outputs of the low-
Предлагаемое устройство работает следующим образом. The proposed device operates as follows.
Входной фазоманипулированный сигнал с входа устройства подается на первые входы перемножителей 1, 2. В продуктах перемножения входного сигнала с сигналом генератора 26, частота которого равна центральной частоте диапазона входных частот сигнала, на выходе перемножителя 1 содержится синфазная составляющая входного фазоманипулированного сигнала. В продуктах перемножения входного сигнала с сигналом генератора 26, развернутым по фазе на 90° фазовращателем 4, на выходе перемножителя 2 содержится квадратурная составляющая входного фазоманипулированного сигнала. Каждая из указанных составляющих в полосе низких частот, равной полуширине диапазона частот входных сигналов, фильтруется в ФНЧ 17 и 20 соответственно. Далее в устройстве формируется первая компонента сигнала как результат суммирования в третьем сумматоре 19 произведения в перемножителе 18 отфильтрованного синфазного сигнала с задержанным в элементе памяти 5 отфильтрованного синфазного сигнала и произведения в перемножителе 21 отфильтрованного квадратурного сигнала с задержанным в элементе памяти 22 отфильтрованного квадратурного сигнала. Так же в устройстве формируется вторая компонента сигнала как результат разности в вычитающем устройстве 24 произведения в перемножителе 23 отфильтрованного синфазного сигнала с задержанным в элементе памяти 22 отфильтрованного квадратурного сигнала и произведения в перемножителе 25 отфильтрованного квадратурного сигнала с задержанным в элементе памяти 5 отфильтрованного синфазного сигнала. В интеграторах со сбросом 6, 7 синхронно, под управлением устройства синхронизации 16, интегрируются со сбросом, на интервале времени, равном половине длительности символа, обе сформированные компоненты сигнала. Оба проинтегрированных сигналов задерживаются на половину длительности символа во втором 8 и третьем 9 элементах памяти соответственно. Каждый из двух проинтегрированных сигналов перемножается с соответствующим ему задержанным сигналом в перемножителях 10, 11 соответственно. Результаты перемножения в перемножителях 10, 11 суммируются в первом сумматоре 12. Суммарный сигнал задерживается на половину длительности символа в четвертом элементе памяти 15. Суммарный сигнал с выхода первого сумматора 12 и задержанный суммарный сигнал с выхода четвертого элемента памяти 15 повторно суммируется во втором сумматоре 13. По знаку результата второго суммирования в решающем устройстве 14 под управлением устройства синхронизации 16 принимается решение о значении переданного двоичного символа. The input phase-manipulated signal from the input of the device is supplied to the first inputs of the
В другом варианте устройства между выходами ФНЧ 17, 20 и общими точками подключения к их выходам других устройств включены соответствующие аналого-цифровые преобразователи 26 и 27, в которых отфильтрованные синфазная и квадратурная составляющие входного фазоманипулированного сигнала соответственно преобразуются в цифровую форму, а последующая обработка полученных цифровые сигналов осуществляется также, как и описано выше, теми же, что и в первом варианте устройствами, но выполненными в цифровом виде. In another embodiment of the device, between the outputs of the low-
На момент подачи заявки на изобретение в ГКБ "Связь" проведено имитационное математическое моделирование предлагаемого способа демодуляции в среде MATLAB, подтвердившее повышение помехоустойчивости по сравнению с известным. At the time of filing the application for an invention, the GKB Svyaz carried out a mathematical simulation of the proposed method of demodulation in the MATLAB environment, which confirmed an increase in noise immunity compared to the known one.
Источники информации
1. 3аездный А.М., Окунев Ю.Б., Рахович Л.М. Фазоразностная модуляция и ее применение для передачи дискретной информации. М.: Связь, 1967, - 304 с.Sources of information
1. 3-ride A.M., Okunev Yu.B., Rakhovich L.M. Phase difference modulation and its application for transmitting discrete information. M .: Communication, 1967, - 304 p.
2. Окунев Ю.Б. Теория фазоразностной модуляции. М.: Связь, 1979, - 216 с.(Способ-прототип). 2. Okunev Yu.B. Theory of phase difference modulation. M .: Communication, 1979, - 216 pp. (Prototype method).
3. Окунев Ю.Б. Цифровая передача информации фазомодулированными сигналами. М.: Радио и связь, 1991, - 296 с. 3. Okunev Yu.B. Digital transmission of information by phase-modulated signals. M .: Radio and communications, 1991, - 296 p.
4. А. с. N 177471, Рахович Л.М. Способ детектирования фазоманипулированных сигналов, переданных методом двухкратной относительной фазовой манипуляции. М.: ЦНИИПИ, 1966, - 2с. 4. A. p. N 177471, Rakhovich L.M. A method for detecting phase-shift keyed signals transmitted by the method of double relative phase manipulation. M.: TsNIIIPI, 1966, - 2s.
5. А. с. N 543194, Барбанель Е.С., Гончаров В.Н., Щелкунов К.Н. Система связи с фазоразностной модуляцией первого порядка. М.: ЦНИИПИ, 1977, - 3 с. (Устройство-прототип). 5. A. p. N 543194, Barbanel E.S., Goncharov V.N., Schelkunov K.N. Communication system with phase difference modulation of the first order. M .: TsNIIIPI, 1977, - 3 p. (Prototype device).
6. Harcke, L., and G. Wood, Laboratory and Flight Performance of the Mars Pathfinder (15,1/6) Convolutionally Encoded Telemetry Link. TDA PR 42-129, January-March 1997, pp. 1-11, May 15, 1997. 6. Harcke, L., and G. Wood, Laboratory and Flight Performance of the Mars Pathfinder (15.1 / 6) Convolutionally Encoded Telemetry Link. TDA PR 42-129, January-March 1997, pp. 1-11, May 15, 1997.
7. Rebold, T.A., М. Tinto, S.W. Asmar, and E.R. Kursinski, Neptune Revisited: Synthesizing Coherent Doppler From Voyager's Noncoherent Downlink, TDA PR 42-131, July - September 1997, pp. 1-19, November 15, 1997. 7. Rebold, T.A., M. Tinto, S.W. Asmar, and E.R. Kursinski, Neptune Revisited: Synthesizing Coherent Doppler From Voyager's Noncoherent Downlink, TDA PR 42-131, July - September 1997, pp. 1-19, November 15, 1997.
8. Winters Jack H. Differential detection with intersymbol interference and frequency uncertainty // IEEE Trans. Commun. - 1984, N 1, p.25-33. 8. Winters Jack H. Differential detection with intersymbol interference and frequency uncertainty // IEEE Trans. Commun. - 1984,
9. Feher K. Digital communications: Satellite/Earth stations Engineering N-Y., Prentice-Hall, 1983.6 9. Feher K. Digital communications: Satellite / Earth stations Engineering N-Y., Prentice-Hall, 1983.6
Claims (3)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2000103326A RU2168869C1 (en) | 2000-02-09 | 2000-02-09 | Method of demodulation of signals with relative phase-shift keying and device for realization |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2000103326A RU2168869C1 (en) | 2000-02-09 | 2000-02-09 | Method of demodulation of signals with relative phase-shift keying and device for realization |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2168869C1 true RU2168869C1 (en) | 2001-06-10 |
Family
ID=20230499
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2000103326A RU2168869C1 (en) | 2000-02-09 | 2000-02-09 | Method of demodulation of signals with relative phase-shift keying and device for realization |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2168869C1 (en) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2454015C1 (en) * | 2010-10-18 | 2012-06-20 | Открытое акционерное общество "Омский научно-исследовательский институт приборостроения" (ОАО "ОНИИП") | Method for demodulation of frequency-manipulated absolute double-pulse signals used for information transfer via short-wave channel |
RU2625529C2 (en) * | 2014-09-12 | 2017-07-14 | Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт автоматизированных систем и комплексов связи "Нептун" | Demodulator of pseudo-random signals with relative phase modulation |
RU2660595C1 (en) * | 2017-03-13 | 2018-07-06 | Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-Морского Флота "Военно-морская академия им. Адмирала Флота Советского Союза Н.Г. Кузнецова" | Autocorrelative decoder of pseudonoise signals with differential phase shift keying |
RU2660594C1 (en) * | 2017-03-13 | 2018-07-06 | Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-Морского Флота "Военно-морская академия им. Адмирала Флота Советского Союза Н.Г. Кузнецова" | Autocorrelative decoder of pseudosignals with second-order differential phase shift keying |
-
2000
- 2000-02-09 RU RU2000103326A patent/RU2168869C1/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Окунев Ю.Б. Теория фазоразностной модуляции. - М.: Связь, 1979, с.с.161,71,126. * |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2454015C1 (en) * | 2010-10-18 | 2012-06-20 | Открытое акционерное общество "Омский научно-исследовательский институт приборостроения" (ОАО "ОНИИП") | Method for demodulation of frequency-manipulated absolute double-pulse signals used for information transfer via short-wave channel |
RU2625529C2 (en) * | 2014-09-12 | 2017-07-14 | Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт автоматизированных систем и комплексов связи "Нептун" | Demodulator of pseudo-random signals with relative phase modulation |
RU2660595C1 (en) * | 2017-03-13 | 2018-07-06 | Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-Морского Флота "Военно-морская академия им. Адмирала Флота Советского Союза Н.Г. Кузнецова" | Autocorrelative decoder of pseudonoise signals with differential phase shift keying |
RU2660594C1 (en) * | 2017-03-13 | 2018-07-06 | Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-Морского Флота "Военно-морская академия им. Адмирала Флота Советского Союза Н.Г. Кузнецова" | Autocorrelative decoder of pseudosignals with second-order differential phase shift keying |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CA2007149C (en) | Homodyne down-converter with digital hilbert transform filtering | |
US7711032B2 (en) | Method, transmitter and receiver for spread-spectrum digital communication by Golay complementary sequence modulation | |
US3305636A (en) | Phase-shift data transmission system having a pseudo-noise sync code modulated with the data in a single channel | |
US4707839A (en) | Spread spectrum correlator for recovering CCSK data from a PN spread MSK waveform | |
EP0804847B1 (en) | RECEIVER FOR M-ary FSK SIGNALS | |
US5687190A (en) | Non-coherent direct sequence spread spectrum receiver for detecting bit/symbol chip sequences using threshold comparisons of chip sequence correlations | |
RU2431919C1 (en) | Correlation receiver of noise-like signals | |
US6549588B2 (en) | Communications system and corresponding receiver unit | |
US3611143A (en) | Device for the transmission of rectangular synchronous information pulses | |
RU2168869C1 (en) | Method of demodulation of signals with relative phase-shift keying and device for realization | |
Chernoyarov et al. | Algorithms and Devices for Noncoherent Digital Radio Signal Processing. | |
RU2374776C2 (en) | Correlation receiver of noise-like signals with minimum frequency manipulation | |
RU2660594C1 (en) | Autocorrelative decoder of pseudosignals with second-order differential phase shift keying | |
IL98730A (en) | Demodulating method and apparatus particularly for demodulating a differential phase-shift keying signal | |
CN106341123B (en) | A kind of filtering method and device of single tone jamming | |
CN102316058B (en) | Coherent demodulation device of non-geostationary orbit satellite DQPSK (Differential Quadrature Phase Shift Keying) communication | |
US6198764B1 (en) | Method for the transfer of a digital data signal from a transmitter to a receiver | |
RU2192101C2 (en) | Method for quadrature reception of frequency- keyed signals with minimal shift | |
US3660764A (en) | Non-coherent differential phase detection | |
US10225129B2 (en) | Method and apparatus for the extrication of quadrature pairs of amplitude modulated signals from intermingled extraneous signals | |
RU2234810C1 (en) | Method and device for extracting information about doppler shift of signal carrier frequency | |
RU2247474C1 (en) | Device for quadrature reception of frequency-keyed signals | |
CN114128154A (en) | Method for generating a signal comprising a time-sequential chirp, method for estimating a vehicle symbol using this signal, computer program product and corresponding devices | |
US3980971A (en) | Modulator for hybrid modulation by more and less significant digital signals in succession in each clock interval and counterpart demodulator | |
RU2801873C1 (en) | Method for forming noise-like signals |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20100210 |