RU2365053C2 - Method of inverse-quadrature restoration of carrier frequency phase-shift keyed signals of any frequency rate - Google Patents
Method of inverse-quadrature restoration of carrier frequency phase-shift keyed signals of any frequency rate Download PDFInfo
- Publication number
- RU2365053C2 RU2365053C2 RU2007128258/09A RU2007128258A RU2365053C2 RU 2365053 C2 RU2365053 C2 RU 2365053C2 RU 2007128258/09 A RU2007128258/09 A RU 2007128258/09A RU 2007128258 A RU2007128258 A RU 2007128258A RU 2365053 C2 RU2365053 C2 RU 2365053C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- signal
- phase
- frequency
- inverse
- quadrature
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Digital Transmission Methods That Use Modulated Carrier Waves (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано при демодуляции фазоманипулированных сигналов со сложной структурой ФМ2, ФМ4, ФМ4С, ФМ8, КАМ16, КАМ32, КАМ64, КАМ128, КАМ256.The invention relates to the field of radio engineering and can be used for demodulation of phase-shifted signals with a complex structure of FM2, FM4, FM4S, FM8, KAM16, KAM32, KAM64, KAM128, KAM256.
Одной из основных операций, выполняемых при демодуляции ФМ сигналов и определяющих качество демодуляции, является операция восстановления несущей частоты.One of the main operations performed during demodulation of FM signals and determining the quality of demodulation is the carrier frequency recovery operation.
Известны следующие способы восстановления несущей частоты:The following methods for recovering a carrier frequency are known:
1. Способ возведения в квадрат - умножение самого сигнала на себя (1 - Дж.Спилкер «Цифровая спутниковая связь; М.: Связь, 1979 г.). Данный способ имеет низкую помехозащищенность за счет уменьшения его энергетического потенциала на 6 дБ (1, стр.351), а также за счет автокорреляции при перемножении составляющих, возникающих в тракте передачи и сопровождающих полезный сигнал.1. The method of squaring is the multiplication of the signal itself (1 - J. Spilker “Digital Satellite Communication; M .: Communication, 1979). This method has low noise immunity due to a decrease in its energy potential by 6 dB (1, p. 351), as well as due to autocorrelation when multiplying the components that occur in the transmission path and accompany the useful signal.
2. Способ синхронного детектирования (2 - патент Японии №52-4902 «Способ синхронного детектирования фазоманипулированных сигналов»). Этот способ предпочтительнее способа возведения в квадрат ввиду его меньшей чувствительности к сдвигам центральной частоты и способности работать в широком диапазоне скоростей входных сигналов. Однако и этот способ имеет существенный недостаток, связанный с тем, что при формировании сигнала ошибок в цепь управления перестраиваемого по частоте генератора проникают информационные составляющие, что приводит к снижению его помехоустойчивости (3 - Э.Д.Виттерби «Принципы когерентной связи», Советское радио, 1973 г.).2. The method of synchronous detection (2 - Japan patent No. 52-4902 "Method for the synchronous detection of phase-shift signals"). This method is preferable to the squaring method due to its lower sensitivity to center frequency shifts and the ability to operate over a wide range of input signal speeds. However, this method also has a significant drawback associated with the fact that when generating an error signal, information components penetrate the control circuit of a frequency-tunable generator, which leads to a decrease in its noise immunity (3 - E.D. Vitterby “Principles of coherent communication”, Soviet radio , 1973).
3. Способ инверсно-квадратурного восстановления несущей частоты (4 - Патент №2187901 «Способ инверсно-квадратурного восстановления несущей частоты ФМ сигналов»).3. The method of inverse-quadrature recovery of the carrier frequency (4 - Patent No. 2187901 "Method of inverse-quadrature recovery of the carrier frequency of FM signals").
Этот способ наиболее эффективен, но обладает недостатком - он обеспечивает восстановление несущей только для двухфазных сигналов (2ФМ).This method is most effective, but has a drawback - it provides carrier recovery only for two-phase signals (2FM).
4. В настоящее время практически во всех демодулирующих устройствах как отечественного, так и иностранного производства используется способ синфазно-квадратурного умножения - способ Костаса (1, стр.276), взятый за прототип и обеспечивающий восстановление несущей для видов модуляции ФМ2, ФМ4, ФМ4С, ФМ8, КАМ16…КАМ256. Способ менее чувствителен к сдвигам центральной частоты и обеспечивает работу в широком диапазоне скоростей входных сигналов.4. Currently, in almost all demodulating devices of both domestic and foreign production, the in-phase quadrature multiplication method is used - the Kostas method (1, p. 276), taken as a prototype and providing carrier recovery for types of modulation FM2, FM4, FM4S, FM8, KAM16 ... KAM256. The method is less sensitive to shifts of the central frequency and ensures operation in a wide range of input signal speeds.
По способу Костаса выполняют следующую последовательность операций:According to the method of Kostas perform the following sequence of operations:
- прием и разветвление сигнала на два направления;- reception and branching of the signal into two directions;
- генерацию синусоидального сигнала на частоте, близкой к несущей входного сигнала;- generation of a sinusoidal signal at a frequency close to the carrier of the input signal;
- квадратурно-когерентное детектирование части ФМ сигнала путем перемножения его со сдвинутым по фазе на 90° генерируемым сигналом по первому направлению разветвления сигнала;- quadrature-coherent detection of a part of the FM signal by multiplying it with a 90 ° phase-shifted generated signal in the first direction of signal branching;
- синфазно-когерентное детектирование части ФМ сигнала путем перемножения его с синфазно-генерируемым сигналом по второму направлению разветвления сигнала;- in-phase-coherent detection of a part of the FM signal by multiplying it with the in-phase-generated signal in the second direction of signal branching;
- фильтрацию (в полосе модулирующих частот) результатов каждого детектирования;- filtering (in the band of modulating frequencies) the results of each detection;
- перемножение квадратурных составляющих отфильтрованных сигналов (в составе устройства оценки максимума правдоподобия);- multiplication of the quadrature components of the filtered signals (as part of the likelihood maximum assessment device);
- интегрирование результатов перемножения с целью формирования сигнала ошибки для синхронизации генерируемого сигнала (при этом частота и фаза генерируемого сигнала в режиме синхронизации устанавливаются равными несущему колебанию принимаемого сигнала).- integration of the multiplication results in order to generate an error signal for synchronization of the generated signal (in this case, the frequency and phase of the generated signal in the synchronization mode are set equal to the carrier wave of the received signal).
Однако этот способ имеет существенные недостатки:However, this method has significant disadvantages:
- проникновение в цепь управления перестраиваемого по частоте генератора информационных составляющих (особенно при появлении в сигнале серий нулей или единиц), что приводит к снижению его помехоустойчивости (3, стр.40);- penetration into the control circuit of a frequency-tunable generator of information components (especially when a series of zeros or ones appears in the signal), which leads to a decrease in its noise immunity (3, p. 40);
- корреляция помех в полосе контролируемого сигнала, что также ухудшает его помехоустойчивость.- correlation of interference in the band of the monitored signal, which also impairs its noise immunity.
Целью изобретения является повышение помехозащищенности способа восстановления несущей частоты ФМ сигналов и обеспечение восстановления несущей для произвольной кратности ФМ сигналов.The aim of the invention is to increase the noise immunity of the method of recovering the carrier frequency of the FM signals and providing carrier recovery for an arbitrary multiplicity of FM signals.
Для достижения поставленной цели предлагается способ инверсно-квадратурного восстановления несущей частоты фазоманипулированных сигналов произвольной кратности, при котором сигнал принимают и формируют два тракта обработки: первый и второй, генерируют перестраиваемый по частоте, близкой к несущей частоте фазоманипулированного сигнала, синусоидальный сигнал, осуществляют квадратурно-когерентное детектирование части ФМ сигнала путем перемножения части сигнала по первому тракту обработки со сдвинутым на 90° генерируемым синусоидальным сигналом, осуществляют синфазно-когерентное детектирование части ФМ сигнала путем перемножения части сигнала по второму тракту обработки с синфазно-генерируемым синусоидальным сигналом, фильтруют и перемножают полученные результаты в процессе оценки максимального правдоподобия, формируют оценку максимального правдоподобия, фильтруют и формируют управляющий сигнал на перестройку генерируемого синусоидального сигнала. Согласно изобретению формируют еще два тракта обработки: третий и четвертый, осуществляют генерирование синусоидального сигнала на частоте, не близкой к несущей, а на удвоенной частоте к несущей, в результате чего в первом тракте обработки получают инверсно-квадратурный сигнал, который перемножается с частью исходного сигнала по третьему тракту обработки, а во втором тракте получают инверсно-синфазный сигнал, который перемножается с частью исходного сигнала по четвертому тракту обработки, при этом сигнал восстановленной несущей формируют путем деления на два установившегося значения частоты генерируемого сигнала на удвоенной частоте, а сигнал восстановленной несущей формируют путем деления на два установившегося значения частоты генерируемого сигнала.To achieve this goal, a method is proposed for inverse-quadrature reconstruction of the carrier frequency of phase-manipulated signals of arbitrary multiplicity, in which the signal is received and two processing paths are generated: the first and second, generate a tunable signal with a frequency close to the carrier frequency of the phase-manipulated signal, perform a sinusoidal signal, and perform quadrature-coherent detecting part of the FM signal by multiplying part of the signal along the first processing path with the generated sinusoidal shifted by 90 ° signal, carry out in-phase-coherent detection of part of the FM signal by multiplying part of the signal along the second processing path with the in-phase-generated sinusoidal signal, filter and multiply the obtained results in the process of maximum likelihood estimation, form the maximum likelihood estimate, filter and form the control signal for tuning the generated sinusoidal signal. According to the invention, two more processing paths are formed: the third and fourth, a sinusoidal signal is generated at a frequency not close to the carrier, but at a double frequency to the carrier, as a result of which the inverse-quadrature signal is obtained in the first processing path, which is multiplied with part of the original signal along the third processing path, and in the second path, an inverse common-mode signal is obtained, which is multiplied with a part of the initial signal by the fourth processing path, while the signal of the reconstructed carrier form comfort by dividing by two the frequency generated by the established value of the signal at double the frequency, and the recovered carrier signal is formed by dividing into two steady-state value of frequency of the generated signal.
Сочетание отличительных признаков и свойства предлагаемого способа из доступной литературы неизвестны, поэтому он соответствует критерию новизны и изобретательного уровня.The combination of distinctive features and properties of the proposed method from the available literature are unknown, therefore, it meets the criterion of novelty and inventive level.
На фиг.1 приведена блок-схема устройства, реализующего данный способ, на фиг.2 - блок схема Костаса (приведена для сравнения операций и устройств по предлагаемому способу и прототипу), на фиг.3 - базовый элемент оценки максимума правдоподобия (5 - Б.М.Боташев, Н.Г.Пархоменко «Оценивание фазы несущего колебания многопозиционных фазоманипулированных сигналов», Вопросы радиоэлектороники, выпуск 17, 1991 г.), на фиг.4 поясняется процесс не проникновения сигнала помехи, расположенного в полосе модулирующих частот входного сигнала, в продукты взаимного перемножения ФМ и сигналов по предлагаемому методу, на фиг.5 поясняется процесс проникновения сигнала той же помехи, расположенного в полосе модулирующих частот входного сигнала, в продукты взаимного перемножения каналов I и Q по способу Костаса.Figure 1 shows a block diagram of a device that implements this method, figure 2 is a block diagram of Costas (shown for comparing operations and devices of the proposed method and prototype), figure 3 is a basic element of maximum likelihood assessment (5 - B .M. Botashev, N.G.Parkhomenko “Estimation of the phase of the carrier wave of multi-position phase-shifted signals”, Questions of radio electronics, issue 17, 1991), figure 4 explains the process of not penetrating the interference signal located in the modulating frequency band of the input signal, into the products of mutual multiplication FM and signals according to the proposed method, figure 5 explains the process of penetration of the signal of the same interference, located in the modulating frequency band of the input signal, into the products of the mutual multiplication of channels I and Q according to the Kostas method.
Устройство по предлагаемому способу содержит разветвитель на четыре направления 1, первый выход которого подключен ко входу последовательно соединенных смесителя 2, перемножителя 3, фильтра 4, устройства оценки максимума правдоподобия 5, пропорционально интегрирующего фильтра (фильтра обратной связи) 6, генератора, управляемого напряжением 7, фазовращателя (на 90°) 8; второй выход разветвителя 1 подключен ко входу последовательно соединенных второго смесителя 9, второго перемножителя 10, фильтра 11, выход которого подключен ко второму входу устройства оценки максимума правдоподобия 5, третий выход разветвителя 1 подключен ко второму входу первого перемножителя 3; четвертый выход разветвителя 1 подключен ко второму входу второго перемножителя 10, при этом выход фазовращателя 8 подключен ко второму входу первого смесителя 2, а выход генератора 7 подключен также ко второму входу второго смесителя 9 и ко входу делителя на два 12, являющегося выходом устройства.The device according to the proposed method contains a four-way splitter 1, the first output of which is connected to the input of a series-connected
Работа устройства основана на использовании свойства амплитудной и фазовой симметрии спектра ФМ сигналов относительно несущей частоты. Для амплитуды это четкая симметрия, для фазы - нечеткая (6 - «Шумоподобные сигналы в системах передачи информации» под редакцией профессора Пестрякова, М.: Сов. Радио, 1973 г.).The operation of the device is based on the use of the amplitude and phase symmetry properties of the spectrum of FM signals relative to the carrier frequency. For amplitude this is a clear symmetry, for a phase it is fuzzy (6 - “Noise-like signals in information transmission systems” edited by Professor Pestryakov, M .: Sov. Radio, 1973).
При преобразовании входного ФМ сигнала с помощью опорного сигнала с частотой, вдвое большей частоты несущей ФМ сигнала, формируется частотно-инверсный ФМ сигнал (с симметричной взаимной перестановкой спектральных составляющих относительно несущей частоты исходного ФМ сигнала), ортогональный по фазе и полностью эквивалентный исходному сигналу.When converting the input FM signal using a reference signal with a frequency twice the frequency of the carrier FM signal, a frequency-inverse FM signal is formed (with symmetric mutual permutation of the spectral components relative to the carrier frequency of the original FM signal), orthogonal in phase and completely equivalent to the original signal.
При перемножении исходного и частотно-инверсного ФМ сигнала формируется сигнал управления, обеспечивающий синхронизацию частоты генератора (ГУН) относительно принимаемого несущего колебания. При этом сопутствующие сигналу помехи в исходном и частотно-инверсном спектрах ФМ сигналов оказываются симметричными относительно несущей сигнала, и их взаимная корреляция отфильтровывается пропорционально-интегрирующим фильтрам цепи управления, что минимизирует их вклад в сигнале управления и тем самым повышает помехозащищенность устройства.When the source and frequency-inverse FM signals are multiplied, a control signal is generated that provides synchronization of the generator frequency (VCO) with respect to the received carrier oscillation. In this case, the noise accompanying the signal in the initial and frequency-inverse spectra of the FM signals turns out to be symmetric with respect to the signal carrier, and their cross-correlation is filtered out by proportionally-integrating filters of the control circuit, which minimizes their contribution to the control signal and thereby increases the noise immunity of the device.
Устройство (фиг.1) работает следующим образом. Принятый сигнал в разветвителе 1 разветвляется на четыре тракта обработки. По первому тракту сигнал поступает на смеситель 2, на второй вход которого поступает сигнал от ГУН 7 на удвоенной частоте относительно несущей сигнала через фазовращатель 8, в результате этого на выходе смесителя 2 формируется частотно-инверсная копия Q канала входного сигнала, которая поступает на перемножитель 3, на второй вход которого поступает исходный сигнал от третьего тракта обработки. Результат перемножения фильтруется в блоке 4 и поступает на первый вход формирователя оценки максимум правдоподобия 5.The device (figure 1) works as follows. The received signal in the splitter 1 branches into four processing paths. In the first path, the signal goes to
Работа устройства по второму и четвертому трактам обработки аналогична описанной выше, за исключением того, что на второй смеситель 9 сигнал от ГУН 7 подается непосредственно, в результате чего на его выходе формируется частотно инверсная копия I канала входного сигнала. Выход фильтра 11 канала I подается на второй вход блока 5, управляющее напряжение от которого поступает на пропорционально интегрирующий фильтр 6, а от него на управляющий вход ГУН 7 и поддерживает его в режиме синхронизма, сигнал с выхода ГУН 7 подается на делитель на два 12, выход которого является выходом устройства. Базовый элемент формирователя оценки правдоподобия (фиг.3) содержит первый перемножитель, сумматор, вычитатель, второй перемножитель, при этом выход канала Q от устройства (фиг.1) подключен к первым входам первого перемножителя, сумматора и вычитателя, а выход канала I подключен ко вторым входам первого перемножителя, сумматора и вычитателя; выходы сумматора и вычитателя подключены соответственно к первому и второму входу второго перемножителя. Выход первого перемножителя поступает на вход пропорционально интегрирующего фильтра 6 и на вход последующего базового элемента, выход второго перемножителя поступает на второй вход последующего базового элемента. Количество последовательно соединенных базовых элементов определяется кратностью модуляции. Для ФМ4 - один базовый элемент, для ФМ8 - два, для Кам16 - три, для КАМ 256 - семь.The operation of the device along the second and fourth processing paths is similar to that described above, except that the signal from the
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2007128258/09A RU2365053C2 (en) | 2007-07-23 | 2007-07-23 | Method of inverse-quadrature restoration of carrier frequency phase-shift keyed signals of any frequency rate |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2007128258/09A RU2365053C2 (en) | 2007-07-23 | 2007-07-23 | Method of inverse-quadrature restoration of carrier frequency phase-shift keyed signals of any frequency rate |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2007128258A RU2007128258A (en) | 2009-01-27 |
RU2365053C2 true RU2365053C2 (en) | 2009-08-20 |
Family
ID=40543746
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2007128258/09A RU2365053C2 (en) | 2007-07-23 | 2007-07-23 | Method of inverse-quadrature restoration of carrier frequency phase-shift keyed signals of any frequency rate |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2365053C2 (en) |
-
2007
- 2007-07-23 RU RU2007128258/09A patent/RU2365053C2/en active
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
ДЖ. СПИЛКЕР. Цифровая спутниковая связь. - М.: Связь. 1979, с.277-288, 348-350. * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2007128258A (en) | 2009-01-27 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR101853894B1 (en) | Extracting carrier signals from modulated signals | |
KR101850945B1 (en) | Separating and extracting modulated signals | |
EP2903173A1 (en) | Frequency offset estimation apparatus, reception apparatus, frequency offset estimation method, and reception method | |
WO2014145868A9 (en) | Transpositional modulation systems, methods and devices | |
RU159121U1 (en) | ADAPTIVE AUTOCORRELATION SIGNAL DEMODULATOR WITH RELATIVE PHASE MANIPULATION | |
RU2374776C2 (en) | Correlation receiver of noise-like signals with minimum frequency manipulation | |
RU2365053C2 (en) | Method of inverse-quadrature restoration of carrier frequency phase-shift keyed signals of any frequency rate | |
CN107733824A (en) | A kind of carrier synchronization method based on AFC loops | |
CN109743075B (en) | Three-ring linkage non-homologous spread spectrum code tracking loop synchronization device and method | |
RU2307474C1 (en) | Method for receipt of noise-like signals with minimal frequency manipulation | |
Bhattacharyya et al. | Zero crossing algorithm based phase recovery for DPLL based wireless communication | |
CN108957492B (en) | L1C/A and L1C combined capturing method of GPS | |
RU2358401C1 (en) | Device for transmitting and receiving discrete messages using signals with direct spreading and autocorrelation compression of spectrum | |
Vu et al. | The code and carrier tracking loops for GPS signal | |
US4455680A (en) | Method and apparatus for receiving and tracking phase modulated signals | |
Holden et al. | A spread-spectrum based synchronization technique for digital broadcast systems | |
RU2187901C1 (en) | Method for inverse-quadrature recovery of phase-keyed signal carrier | |
RU2510145C1 (en) | Method for restoring carrier frequency of phase-shift keyed signal and monitoring thereof | |
RU2485671C1 (en) | METHOD FOR COHERENT DETECTION OF SIGNALS WITH ABSOLUTE PHASE-SHIFT KEYING BY 180º AND DEVICE FOR ITS REALISATION | |
Mandziy et al. | The research of the synchronous detector of the phase-shift keyed signals in the system UDF MAOPCs | |
RU2583706C1 (en) | Method of receiving noise-like phase-shift keyed signals | |
CN104580047B (en) | A kind of software implementation method of FSK demodulation | |
Kuznetsov et al. | PLL and Costas loop based carrier recovery circuits for 4QAM: non-linear analysis and simulation | |
RU2450445C2 (en) | Device to compensate structural noise | |
RU2439830C1 (en) | Coherent detector of radio signals with phase manipulation by 180° |