SU1160596A1 - Цифровой демодулятор сигналов относительной фазовой манипуляции - Google Patents

Description

Изобретение относится к технике связи и может использоваться в системах обмена дискретными сообщениями для приема сигналов относительной фазовой манипуляции.

Известен цифровой демодулятор сигналов относительной фазовой манипуляции, содержащий триггер и последовательно соединенные формирователь входного· сигнала, блок выделения тактовой частоты и первый счетчик, выходы которого подключены к входам дешифратора, первый вход которого соединен с первым входом триггера, а также генератор опорной частоты, выход которого подключен к тактовым входам блока выделения тактовой частоты и первого счетчика [1].

Однако известный демодулятор обладает низкой помехоустойчивостью при различных уровнях помех в каналах связи.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к изобретению является цифровой демодулятор сигналов относительной фазовой манипуляции, содержащий генератор опорной частоты, блок сравнения, выход которого подключен к информационному входу триггера, выход которого является выходом демодулятора, входом которого является вход формирователя входного сигнала, выход которого соединен с основным входом блока выделения тактовой частоты [2].

Однако этот цифровой демодулятор имеет низкую помехоустойчивость при случайных уровнях помех в каналах связи.

Цель изобретения — повышение помехоустойчивости.

Цель достигается тем, что в цифровой демодулятор сигналов относительной фазовой манипуляции, содержащий генератор опорной частоты, блок сравнения, выход которого подключен к информационному

2

входу триггера, выход которого является выходом демодулятора, входом которого является вход формирователя входного сигнала, выход которого соединен с основным

5 входом блока выделения тактовой частоты, введены реверсивный счетчик и формирователь вспомогательных частот, выходы которого подключены к дополнительным входам блока выделения тактовой частоты и к счет₁₀ ному входу реверсивного счетчика, выходы которого соединены с входами блока сравнения, при этом сигнальные выходы блока выделения, тактовой частоты подключены к управляющему и установочному входам реверсивного счетчика и к тактовому входу

15 триггера, выход генератора опорной частоты соединен с входом формирователя вспомогательных частот, а тактовый выход блока выделения тактовой частоты является тактовым выходом демодулятора.

²⁰ При этом блок выделения тактовой частоты содержит первый выделитель фронтов, первый выход которого подключен к информационному входу регистра сдвига, и последовательно соединенные элемент И, управ25 ляемый делитель, второй выделитель фронтов и элемент задержки, выход которого и второй выход первого выделителя фронтов и выход второго выделителя фронтов являются сигнальными выходами блока выделения тактовой частоты, основным входом ко³⁰ торого является информационный вход первого выделителя фронтов, тактовый вход которого соединен с тактовыми входами второго выделителя фронтов и элемента задержки, причем тактовые входы регистра сдвига,

₃₅ управляемого делителя и элемента задержки являются дополнительными входами блока выделения тактовой частоты, тактовым выходом которого является выход управляемого делителя, а первый выход первого выделителя фронтов подключен к одному вхо/

1160596

ду элемента И, другие входы которого соединены с выходами регистра сдвига.

На фиг. 1 представлена структурная электрическая схема предложенного цифрового демодулятора; на фиг. 2 — вариант выполнения формирователя вспомогательных частот; на фиг. 3 — вариант выполнения выделения фронтов; на фиг. 4 — вариант выполнения управляемого делителя; на фиг. 5 и 6 — эпюры напряжений, поясняющие работу предложенного цифрового демодулятора.

Цифровой демодулятор содержит формирователь 1 входного сигнала, блок 2 сравнения, генератор 3 опорной частоты, триггер 4, формирователь 5 вспомогательных ₁₅ частот, реверсивный счетчик 6, блок 7 выделения тактовой частоты, состоящий из первого выделителя 8 фронтов, регистра 9 сдвига, элемента И 10, управляемого делителя 11, второго выделителя 12 фронтов и элемента 13 задержки.

Формирователь вспомогательных частот содержит (фиг. 2) три триггера 14—16, три счетных триггера 17—19, два элемента ИЛИ- НЕ 20 и 21 и три элемента И 22—24.

Выделитель фронтов содержит (фиг. 3) ₂₅ два триггера 25 и 26, элемент НЕ 27, элемент 28 сравнения и элемент И 29.

Управляемый делитель содержит (фиг. 4) три триггера 30—32, счетный триггер 33, два элемента И 34 и 35, три элемента И-НЕ 36—38, элемент НЕ-ИЛИ 39 и инвертор 40. зо

Цифровой демодулятор работает следующим образом.

На триггере 14 (фиг. 2) формирователя 5 последовательность импульсов (фиг. 5 а) с генератора 3 (фиг. 1) делится на два и с помощью элементов ИЛИ-НЕ 20 и 21 35 (фиг. 2) выделяются две импульсных последовательности Дв_1Л и {вгг (фиг. 5 б, в), частоты которых в два раза меньше исходной (в нашем примере 614,4 кГц). При этом импульсы последовательности ί_Βι.! расположены между импульсами последовательности а по времени импульсы обеих

последовательностей не совпадают (фиг. 5 б ив).

Для нормальной работы реверсивного счетчика 6 (фиг. 1) требуется последователь- 45 ность импульсов, частота которых в два раза выше скорости приема информации, т.е. зависит от режима работы цифрового демодулятора. Для этого частота подается на счетный триггер 17 емкостью 2^г . На входы установки в «единицу» 5_Л и За его раз- $0 рядов поданы управляющие сигналы согласно табл. 1.

В результате работы элемента И 22, счетных триггеров 18 и 19, триггеров 15 и 16 и элементов И 23 и 24 формирователя 5 ₅₅ вспомогательных частот на выходах ί₈₂,ίρ₅ и с д в последнего формируются импульсы, (фиг. 5г, д), частота которых указана в табл. 1 (фиг. 2). При этом их длительность

10

20

40

и временное положение совпадают с импульсами частоты ίβι.8·

Счетные триггеры 18 и 19 выполняют роль делителей на 4 и 8, а триггеры 15 и 16 совместно с элементами И 23 и 24 — роль выделителей фронтов.

Теперь пусть на вход цифрового демодулятора приходит информационная последовательность (фиг. 6 а). Эта последовательность через формирователь 1 входного сигнала поступает на первый выделитель 8 фронтов (фиг. 1) блока 7 выделения тактовой частоты. .При этом на триггере 25 (фиг. 3) информационная последовательность привязывается к частоте ί_β1ιΙ (т.е. на выходе Ь фронты информации могут совпадать по времени с импульсами (в_1Л, с помощью триггера 26, элемента НЕ 27, элемента 28 сравнения и элемента И 29 (фиг. 3) выделяются фронты этой информационной последовательности (фиг.6 б).

При отсутствии помех каждой границе посылки обязательно соответствует фронт информационной последовательности. Другой фронт информационной последовательности, в середине посылки, возникает не всегда, а'лишь при приеме информационной «единицы». На основании этого делается вывод, что границу посылки можно выделить, взяв несколько задержанных по времени, на длительность посылки фронтов и подав их на элемент И 10.

При этом регулярно появляющиеся на границе посылки фронты пройдут через элемент И 10 и будут являться признаком границы посылки, а фронты в середине посылки не пройдут, если хотя бы один раз среди рассматриваемых посылок был принят информационный «ноль».

При наличии помех в чистом виде такой способ выделения границ посылки применять нельзя, так как в результате помех фронты могут смещаться по времени в определенных пределах и не совпасть на элементе И 10.

Для устранения этого эффекта вся посылка разбивается на некоторое число равных промежутков (не менее трех-четырех). Если в каком-либо временном промежутке появляется фронт информационной последовательности, то формируется единичный импульс, равный по длительности этому временному промежутку. Далее этот импульс поступает на реггетр 9 сдвига, выполняющий роль элемента задержки.

Длина регистра 9 сдвига выбрана такой, чтобы на его выходах были входные импульсы, задержанные на 1,2,3 и т.д. посылки, Эти импульсы далее подаются на элемент И 10 совпадения.

Таким образом, если под действием помех

фронты информационной последовательности сдвигаются по времени в пределах выделенного промежутка, то на вход элемента

1160596

6

И 10 сравнения все равно будет выделен импульс.

Если в используемом канале связи уровень искажений сигнала велик и возможно смещение фронтов информационной последовательности вне пределов временного промежутка или вообще исчезновение фронта, то вместо элемента И 10 сравнения необходимо использовать мажоритарную схему, на выходе которой импульсы появляются даже если часть импульсов на входе будет отсутствовать.

Порог мажоритарной схемы можно опускать только до определенного предела, так как существует опасность прохождения импульсов, соответствующих середине посылки.

Для приведенного примера длительность посылки делится на 4 равных участка (п = 4, фиг. 2). Это деление обеспечивается импульсами сдвига (фиг.· 6 в), поступающими на тактовый вход регистра 9 сдвига (фиг. 1). Фронт информационной последовательности устанавливает первый разряд регистра 9 сдвига в «единицу», через четыре такта импульсов сдвига она появится на его выходе (фиг. 6 г), еще через посылку на выходе 2 (фиг. 6 д) и т.д.

Для триггера 14 т = 3 (фиг. 2), т.е. учитываются три задержанные посылки (фиг. 6 е). Полученные задержанные последовательности подаются вместе с очередным фронтом на элемент И 10 сравнения. Получается импульс, соответствующий границе посылки (фиг. 6 ж). В чистом виде его использовать нельзя, так как при наличии шумов, как указывалось, этот импульс может пропасть, или колебаться в пределах выделенного временного промежутка (в нашем примере в пределах четверти посылки) , что значительно снижает помехоустойчивость приема.

Фактически регистр 9 сдвига и элемент И 10 (фиг. 1) устраняют фронты, соответствующие середине посылки от информационных импульсов «единиц», и ложные фронты, возникающие от действия помех (дребезг и т.д.). ·

Необходимо также устройство, которое бы определяло среднее временное положение полученных с элемента И 10 импульсов, запоминало это положение и выдавало импульсы границ посылок даже если импульсы с -регистра 9 сдвига отсутствуют или возникают в ложный момент. Эту задачу выполняют управляемый делитель 11 и второй выделитель 12 фронтов (фиг. 1).

Подробно функциональная схема управляемого делителя 11 показана на фиг. 4, Эта известная схема управляемого делителя состоит из пятиразрядного счетчика, выполненного на триггере 32 и счетном триггере 33, разделенных элементом И-НЕ 38, элементом НЕ-ИЛИ 39 и инвертором 40.

При отсутствии входных сигналов триггеры 30 и 31 (фиг. 4) находятся в состоянии «0». Последовательность импульсов Гвх.г проходит через элемент И-НЕ 37 на триггер 32, включенный в режиме деления на два. По окончании импульса ί_β1.₂ триггер 32 меняет состояние на противоположное.

Таким образом, на счетный триггер 33 через элемент И-НЕ 38 и элемент НЕ-ИЛИ 39 проходит каждый второй импульс 1_Вьа и осуществл^тся деление этой импульсной последовательности на 32.

Если на вход поступает импульс, совпадающий по времени с положительной полуволной, формируемого управляемым делителем 11 колебания, то он проходит через элемент И 34 на вход установки в «единицу» триггера 30.

Очередной импульс ί«·ί-ζ через элемент ИНЕ 37 не пройдет, а пройдет через элемент И-НЕ 36, и задним фронтом, т.е. по окончании, переведет триггер 30 (он включен в режиме счетного триггера) в исходное состояние, т. е. в состояние «ноль». Таким образом, на триггер 32 и счетный триггер 33 не пройдет импульс ί_{Βι а}, и фаза формируемой управляемоым делителем 11 последовательности сдвинется на 1/32 периода вправо.

Если же очередной импульс на входе управляемого делителя 11 совпадает с нулевой полуволной формируемого колебания, то через элемент И 35 уже триггер 31 установится в состояние «единица». При этом очередной импульс 1_в,_г, как и в первом случае, не пройдет на триггер 32 через элемент И-НЕ 37, но вне зависимости от состояния триггера 32, через элемент И-НЕ 38 и элемент НЕ-ИЛИ 39 пройдет на вход счетного триггера 33. Это эквивалентно одновременному прибавлению к числу двойки и вычитанию единицы, т.е. добавлению единицы. По окончании импульса триггер 31 возвратится в исходное «нулевое» состояние, а фаза формируемых управляемым делителем 11 колебаний сдвинется на 1/32 периода влево.

Такая организация управляемого делителя 11 (фиг. 4) позволяет на его выходе иметь колебания, фронты которого всегда по времени соответствуют определенной (в данном случае ί_Βι2 тактовой) частоте , что важно для надежной работы как управляемого делителя 11, так и цифрового демодулятора в целом.

В результате работы управляемого делителя 11, на его выходе устанавливается такая фаза колебаний, передний фронт которых соответствует границе посылки, задний фронт — середине посылки (фиг. 6 з*)«

Во втором выделителе 12 фронтов

(фиг. 3) с помощью триггеров 25 и 26, элемента НЕ 27, элемента 28 сравнения выделяется передний фронт колебания управляемого делителя 11, в который в дальнейшем

1160596

используется для опроса напряжения с элемента 28 сравнения, и, задержанный на элементе 13 задержки (фиг. 1), производит установку в начальное положение реверсив- ₅ ного счетчика 6 — старший разряд «единица», остальные нули, т.е. ООО 0001 (128).

Рассмотрим состояние старших разрядов реверсивного счетчика 6 в зависимости от соотношения количества импульсов, поступающих на реверсивный счетчик 6 в моменты положительного и нулевого значения напряжения на его управляемом входе (+ 1-).

В табл. 2 показана разница в количестве импульсов ί_Β.ί при положительном и нулевом ₁₅ значении принимаемой информации и соответствующие им значения двух старших разрядов реверсивного счетчика 6.

Общее количество минусов ί_6ι, пришедших на реверсивный счетчик 6 до прихода импульса опроса на триггер 4 (фиг. 1), 20 определяется блоком 7 выделения тактовой частоты.

В зависимости от количества и времени появления фронтов в принимаемой информации (вместе с помехами) временное расстояние между импульсами опроса будет равно истинной длительности посылки, уменьшенной или увеличенной на шаг подстройки управляемого делителя 11, в данном случае на 1/32.

Таким образом, общее количество импульсов 1_Вз будет лежать в пределах 124132, т.е. в пределах меньших, чем это указано в табл. 2. Из табл 2 видно, что строчки 1 и 4 соответствуют приему информационной «единицы» а остальные — приему информационного «нуля».

Если подать значения двух старших разрядов (фиг. 5 и 6 к) на блок 2 сравнения (фиг. 6 л) и запомнить полученный результат в течение посылки на триггере 4 (фиг. 1), то на выходе получим восстановленную информацию (фиг. 6 м).'‘_

Предложенный цифровой демодулятор в сравнении с базовым объектом имеет более высокие помехоустойчивость для равных скоростей работы и скорость передачи при одинаковой помехоустойчивости (вероятности ошибки на один информационный символ).

Таблица 1
Скорость работы	Сигнал 4800	Ζ Сигнал 2400	Частота, кГц
в &	ίΒ3	с Ъй
4800	1	1	153,6	614,4	19,2
2400	0	1	76,8	307,2	9,6
1200	0	0 •	38,4	153,6	4,8

Таблица 2

№ п/п	Разница мевду положительным и нулевым значениями	Значение	Принимаемая информация
шестого порядка	седьмого порядка
1	0 - плюс 63	0	1	1
2	плюс 64 - плюс 127	1	1.	0
3	плюс 128 - плюс 192	0	θ	0 .
4	минус 64 - минус 12	1	0	1
5	минус 128 - минус 65	0	0	0
6	минус 192 - минус 129	1	1 ·	0

1160596

Фиг.2

Фиг.З

Фиг. 4

1160596

/г ιιιιιιιιιιιιιιιιιιιιιιιιιιιιι	ΙΙΙΙΙΙΙΙΙΙΙΙΙΙΙΙΙΙΙΗΗΙΙΙ	_ Ζ
/ΜΙΙΙΙΙΙΙΙΙΙΙΙΙΙΙΙΙΙΙ	ΙΙΙΙΙΙΙΙΙΙΙΙΙΙΙΙΙΙΙΙΙΙ	1 ί
й-2||||||||||||||Ц||||	ΙΙΙΙΙΙΙΙΙΙΙΙΙΙΙΙΙΙΙΙΙΙ	' 7
/И 111 1111 11	ΙΙΙΙΙΙΙΙΙΙΙ	1 1
1 1 1|	ιιιι 1

Фиг.5

\ 0 \ 7 \ 0 \ 1 \ 1 I-1 г~1 г~1 1~ι	! 0 ί	0	ί / гп	1 г,
1 1
1	1	I	1	1	1	1 I	1	1	•	1 1	1
1 1 1	1 1	1 1 1 1 1 1	11	1 1	1111	1 1 1 1 1 1	1	1111 ш
1	п		ППП		п пппп		п	п .
Ί	п		п	п	п п	ППП	п п	Г1
Ί	п		п	п		ППП	п	пп пп„
1	1		1	1		1	1	1		1	1 .
ГП	ГП	ГП	гп	ГП	ГП	гп	гп	гп
			П 1
	1		1				1		1
					п	п				η
1	II	II	II 1		1	II	1
|	I	II	1	1	II	II	1	гп	1 ΙΓ
	1 1	0	1_7	1	0	1 с	1 /			0 ! 0	1 ,

ί

ί

ί

1

ι

ι

ί

ί

ί

Фаг. δ

Claims (2)

1. ЦИФРОВОЙ ДЕМОДУЛЯТОР СИГНАЛОВ ОТНОСИТЕЛЬНОЙ ФАЗОВОЙ МАНИПУЛЯЦИИ, содержащий генератор опорной частоты, блок сравнения, выход которого подключен к информационному входу триггера, выход которого является выходом демодулятора, входом которого является вход формирователя входного сигнала, выход которого соединен с основным

входом блока выделения тактовой частоты, отличающийся тем, что, с целью повышения помехоустойчивости при случайных изменениях длительности посылки сигнала, в него введены реверсивньй счетчик и формирователь вспомогательных частот; выходы которого подключены к дополнительным входам блока выделения тактовой частоты. и к счетному входу реверсивного счетчика, выходы которого соединены с входами блока сравнения, при этом сигнальные выходы блока выделения тактовой частоты подключены к управляющему и установочному входам реверсивного счетчика и к тактовому входу триггера, выход генератора опорной частоты соединен с входом формирователя вспомогательных частот, а тактовый выход § блока выделения тактовой частоты явля- “ ется тактовым выходом демодулятора.

Фиг.1

зи ,.,,1160596

>

1160596

2. Цифровой демодулятор по π. 1, отличающийся тем, что блок выделения тактовой частоты содержит первый выделитель фронтов, первый выход которого подключен к информационному входу регистра сдвига, и последовательно соединенные элемент И, управляемый делитель, второй выделитель фронтов и элемент задержки, выход которого и второй выход первого выделителя фронтов и выход второго выделителя фронтов являются сигнальными выходами блока выделения тактовой частоты, основным входом которого является информационный вход

первого выделителя фронтов, тактовый вход которого соединен с тактовыми входами второго выделителя фронтов и элемента задержки, причем тактовые входы регистра сдвига, управляемого делителя и элемента задержки являются дополнительными входами блока выделения тактовой частоты, тактовым выходом которого является выход управляемого делителя, а первый выход первого выделителя фронтов подключен к одному входу элемента И, другие входы которого соединены с выходами регистра сдвига.

1