SU1714817A1 - Устройство дл приема сигналов с относительной фазовой модул цией - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к радиосв зи и может быть использовано в аппаратуре передачи данных. Целью изобретени   вл етс  повышение помехоустойчивости. Искажени  формы посылок обусловлены несинхронностью радиопередатчиков и приемников по несущей. Поставленна  цель достигаетс  тем, что процесс анализа и кор-рекции искажений производитс  непрерывно с использованием энергии всех передаваемых в канале св зи сигналов. Анализ и коррекци  фазовых искажений основаны на выделении первой и второй гармоник прин того сигнала с помощью фазовой автоподстройки частоты, определении разности фаз между ними в блоке оценки фазового сдвига и перемножени  входного сигнала на результат анализа в корректоре. Восстановление информационной последовательности осуществл етс  путем выделени  характерных участков фазомодулированно- го сигнала, соответствующих единичным посылкам, и пороговой обработке двоичной последовательности в интеграторе и регенераторе. Устройство содержит усилитель- ограничитель 2, генератор 1, блок 3 фазовой автоподстройки частоты, блок 4 оценки фазового сдвига, корректор 5, интегратор 6 и регенератор 7, 7 ил.СОс

Description

xod

3xi

Зь/хо

14 00

N 1

Фие.1

Изобретение относитс  к радиосв зи и может быть использовано в аппаратуре передачи данных.

Известно устройство дл  приема сигналов с относительной фазовой модул цией, содержащее последовательно соединенные усилитель-ограничитель и блок фазовой автоподстройки частоты, последовательно соединенные интегратор и регенератор, а также генератор, выход которого соединен со вторыми входами регенератора и блока фазовой автоподстройки частоты.

Однако данное устройство имеет низкую помехоустойчивость в каналах, реализованных с помощью радиопередатчиков с однополосной модул цией и полностью подавленной несущей из-за несинхронности по частоте и фазе генератора несущей на передаче и генератора опорного сигнала в демодул торе приемника. Така  несинхронность приводит к искажению формы демодулированного сигнала, что не позвол ет правильно восстановить информационное сообщение при фазовом сдвиге более ±30°.

Известно также устройство, содержащее последовательно соединенные усилитель-ограничитель и блок фазовой автоподстройки частоты, последовательно соединенные генератор, интегратор и регенератор , выход генератора соединен с вторым входом блока фазовой автоподстройки частоты. Это устройство осуществл ет выделение информации путем определени  характерных участков {11} и {00} клиппированного фазомодулированного сигнала и обрабатывает сигналы при фазовом сдвиге несущей и опорной частот не более ± 45°.

Известно также устройство, содержащее последовательно соединенные вычитающее устройство, перемножитель и интегратор; блок измерени  и формировани , первый и второй выходы которого соединены с входом вычитающего устройства и вторым входом перемножител . Это устройство использует дл  работы по каналам св зи с амплитудными и фазовыми искажени ми периодически передаваемые испытательные сигналы. Устройством осуществл етс  выделение испытательных посылок дл  измерени  реакции канала на испытательный сигнал и определени  коррел ционной функции информационных посылок .

Такое устройство имеет низкую помехоустойчивость из-за сильной взаимной коррел ции между испытательными и информационными сигналами. Кроме того, выделение испытательных сигналов и синхронизаци  этого устройства основаны на выделении периодической части принимаемого сигнала. Это определ ет случайный характер передачи информационных посылок

и периодическую передачу испытательных сигналов. Во многих практических случа х это условие не выполнимо, например, при передаче повтор ющихс  данных.

Наиболее близким к предлагаемому  вл етс  устройство дл  приема сигналов с относительной фазовой модул цией, содержащее последовательно соединенные усилитель-ограничитель, корректор, интегратор и регенератор, а также блок фазовой

5 автоподстройки частоты и генератор, выход которого соединен с входом блока фазовой автоподстройки частоты, с вторым входом корректора и с вторым входом интегратора , третий вход которого соединен с вторым

0 выходом корректора и с вторым входом регенератора .

Это устройство имеет низкую помехоустойчивость выделени  информации, так как дл  коррекции искажений формы сигналов используютс  испытательные последовательности , периодически передаваемые в канал св зи, и, таким образом, не используетс  информаци  об искажени х во врем  передачи информационных символов.

0 Цель изобретени  - повышение помехоустойчивости .

Поставленна  цель достигаетс  тем, что в устройство дл  приема сигналов с относительной фазовой модул цией, содержащее

5 последовательно соединенные усилительограничитель , вход которого  вл етс  входом устройства, корректор, интегратор и регенератор, а также блок фазовой автоподстройки частоты и генератор, выход которого соединен с входом блока фазовой автоподстройки частоты, с вторым входом корректора и с вторым входом интегратора, третий вход которого соединен с вторым выходом корректора и с вторым входом регенератора, выход которого  вл етс  выходом устройства, введен блок оценки фазового сдвига, первый и второй входы которого соединены соответственно с выходом генератора и выходом блока фазовой

0 автоподстройки частоты, второй вход которого соединен с первым выходом корректора , второй выход которого соединен с третьим входом блока оценки фазового сдвига, выход которого соединен с третьим

5 входом корректора.

Принцип действи  прототипа основан на коррекции фазовых искажений с помощью испытательных (настроечных) сигналов , передаваемых в канал св зи. Дл  анализа искажений передаваемое сообщение разбиваетс  на блоки. В начале каждого блока передаетс  пачка испытательных сигналов , форма которых известна. Коррекци  производитс  путем выделени  испытательных сигналов с помощью согласованных фильтров, определени  и запоминани  центра симметрии откликов согласованных фильтров, соответствующего положению тактовых интервалов неискаженного сигнала; определени  фазы тактовой составл ющей искаженного сигнала с помощью блока фазовой автоподстройки частоты; вычислени  разности фаз искаженного и неискаженного сигналов и коррекции последующих информационных символов в соответствии с полученными результатами. Обработка (демодул ци ) информационной последовательности осуществл етс  путем интегрировани  ОФМ посылок на каждом тактовом интервале и прин ти  решени  с помощью пороговой схемы.

В прототипе не используютс  информационные символы дл  анализа фазовых искажений , что снижает помехоустойчивость приема сигналов в целом. С другой стороны дискретность оценки фазы тактовой составл ющей неискаженного сигнала, получаемой блоком согласованных фильтров, а также значительное ухудшение взаимокоррел ционных свойств испытательных и информационных сигналов при сдвигах фазы

около значений ±-к также привод т к снижению помехоустойчивости.

В предлагаемом устройстве анализ фазовых искажений производитс  непосредственно по информационным символам без использовани  испытательных сигналов. Работа устройства основана на следующих предпосылках, касающихс  изменени  формы сигналов.

Эти искажени  возникают за счет несинхронности и частотного сдвига генератора несущей однополосного передатчика и опорного генератора приемника и определ ют сдвиг спектра частот передаваемого сигнала на величину частотной расстройки генераторов. При этом кажда  гармоника прин того сигнала приобретает одинаковые частотный и фазовый сдвиги. При малой расстройке и взаимной нестабильности генераторов передатчика и приемника частотным сдвигом можно пренебречь, учитыва  лишь изменение разности фаз (в пределах от -7Гдо+ л). Рассматриваемый процесс изменени  фазового сдвига  вл етс  достаточно медленным и периодическим.

Рассмотрим соотношение фаз первой и второй гармоник искаженного сигнала. Если перва  гармоника прин того сигнала

имеет фазовый сдвиг т относительно неискаженного , то втора  гармоника имеет сдвиг относительной первой. Поэтому, измерив сдвиг первой и второй

гармоник относительно друг друга Д piT- pf-r/2 и умножив его на два, получим неизвестную оценку (р 2 Д , используемую дл  коррекции и регенерации информации. Выделение составл ющих

тактовой и удвоенной тактовой частоты производитс  с помощью блоков фазовой автоподстройки частоты, настроенных соответственно на первую и вторую гармоники принимаемого сигнала. Блок оценки

фазового сдвига вычисл ет разность фаз выделенных составл ющих, котора  перемножаетс  в коррел торе со входным сигналом. Обработка (демодул ци ) и восстановление информационной последовательности осуществл етс  путем интегрировани  ОФМ посылок на каждом тактовом интервале и прин ти  решени  с помощью пороговой схемы в интеграторе и регенераторе устройства.

На фиг. 1-6 изображены структурные электрические схемы за вл емого устройства , блока фазовой автоподстройки частоты, блока оценки фазового сдвига, корректора, интегратора и регенератора соответственно; на фиг. 7 - временные диаграммы, по сн ющие работу устройства.

Устройство дл  приема сигналов с относительной фазовой модул цией содержит генератор 1, усилитель-ограничитель 2, блок

3 фазовой автоподстройки, блок 4 оценки фазового сдвига, корректор 5, интегратор б и регенератор 7.

Блок 3 фазовой автоподстройки частоты содержит схему 8 свертки, состо щую из

элемента 9 задержки и перемножител  10, опорный генератор 11, первый перемножитель 12, первый элемент 13 задержки, второй перемножитель 14, реверсивный счетчик 15, первый сумматор 16 по модулю

два, элемент И 17, управл емый элемент 18, делитель 19 частоты, второй элемент 20 задержки , третий элемент 21 задержки, второй сумматор 22 по модулю два.

Блок 4 оценки фазового сдвига содержит D-триггер 23, схему 24 формировани  коротких импульсов, состо щую из элемента 25 задержки, инвертора 26 и элемента И 27, перемножитель 28, элемент И 29, интеграторы 30 и 31, элемент 32 задержки, регистр 33 пам ти и блок 34 сравнени .

Корректор 5 состоит из перемножител  35 и блока 36 фазовой автоподстройки частоты .

Интегратор 6 содержит инвертор 37, элементы И 38 и 39, счетчики 40 и 41, пороговые схемы 42 и 43 и элемент ИЛИ 44.

Регенератор 7 содержит инвертор 45, элемент 46 задержки, элемент И 47, RSтриггер 48 и D-триггер 49,

Устройство работает следующим образом .

Информационна  последовательность (эпюра а, фиг, 7), модулированна  по фазе (эпюра б, фиг, 7), через усилитель-ограничитель 2 (эпюра в, фиг, 7) и корректор 5 поступает на два блока фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ) 36 и 3, в которых выдел ютс  составл ющие соответственно тактовой (эпюра г, фиг, 7) и удвоенной тактовой (эпюра д, фиг, 7) частот. Так как в спектре ОФМ сигнала отсутствуют гармоники тактовой частоты , дл  их выделени  на входах блоков 36 и 3 ФАПЧ производитс  свертка входного сигнала соответственно на тги nil с помощью элемента 9 задержки и перемножител  10. Далее сигнал (в каждом из блоков 36 и 3 ФАПЧ) поступает на входы первого и второго перемножителей 12 и 14 через первый элемент 13 задержки и на вход опорного генератора 11, представл ющего собой регистр сдвига и работающего в режиме регенератора. На выходах второго и третьего элементов 20,21 задержки вырабатываютс  сигналы со сдвигом на незначительные части Гц (где Ти - длительность элемента информационной последовательности ) относительно выходного сигнала опорного генератора 11, В установившемс  режиме сигнал на выходе второго элемента

20задержки имеет сдвиг относительно входного сигнала на величину Ги/2, что определ етс  соответствующим выбором значени  задержки первого элемента 13 задержки. На перемножител х 12 и 14 происходит перемножение входного сигнала с регенеративным опорным сигналом, сформированным на выходах третьего элемента

21задержки и опорного генератора 11 соответственно . Сигналы с выходов перемножителей 12 и 14 управл ют режимом работы реверсивного счетчика 15, на счетный вход которого через элемент И 17 поступает последовательность с выхода генератора 1, Разрешение на элемент И 17 подаетс  с первого сумматора 16 по модулю два только

в тот момент, когда на выходах перемножителей 12 и 14 присутствуют сигналы разных уровней, а также значени  входного и опорного сигналов на входах второго сумматора

22по модулю два не совпадают. Эта операци , тождественна  операции вычитани , обеспечивает работоспособность реверсивного счетчика 15, который осуществл ет интегрирование разности сигналов на выходе перемножителей 12, 14 в моменты несовпадени  входного и опорного сигналов, обеспечива  тем самым формирование дискриминационной характеристики блока 3 (36) ФАПЧ, В управл емом элементе 18 в зависимости от знака рассогласовани  осуществл етс  операци  добавлени  импульсов в последовательность с генератора 1 или операци  исключени . Динамические характеристики петли слежени  обеспечиваютс  соответствующим выбором коэффициента делени  делител  19 частоты и типом реверсивного счетчика 15,

Сигналы первой и второй гармоник тактовой частоты с выходов блоков 36 и 3 ФАПЧ поступают на блок 4 оценки фазового сдвига , в котором производитс  вычисление разности фаз выделенных составл ющих. Следует заметить, что при непосредственном сравнении фаз сигналов с частотами fy и 2fT возникает неопределенность результата , т.е, значение разности фаз определ етс  с точностью до полутакта (±75, Дл  исключени  неопределенности служит D-триггер 23, на тактирующий С-вход которого подаетс  сигнал удвоенной тактовой частоты с выхода блока 3 ФАПЧ, а на D-вход поступает сигнал тактовой частоты с выхода блока 36 ФАПЧ, В этом случае выходной сигнал D-триггера (эпюра е, фиг. 7), совпадающий по фазе с сигналом удвоенной тактовой частоты , может только отставать от сигнала тактовой частоты с выхода блока 36 ФАПЧ, Разность фаз сигналов определ етс  с помощью перемножител  28 (эпюра ж, фиг, 7) и интегратора 30 (эпюра з, фиг. 7) и запоминаетс  в регистре 33 пам ти (в цифровом виде). Дл  обеспечени  работы интегратора 6 (выполненного на основе двоичного счетчика ) на его тактовый вход через элемент И 29 подаютс  импульсы заполнени  с генератора 1. Хранима  в регистре 33 информаци  об удвоенной разности фаз (2 А) в i-м такте , используетс  в последующем такте дл  определени  временного сдвига между тактовыми моментами искаженного сигнала относительно неискаженного. Дл  этого служит схема 34 сравнени , к одному из цифровых входов которой подключены разр ды регистра 33 пам ти, а на другой вход поступает пилообразный сигнал (эпюра и фиг, 7), сформированный с помощью интегратора 31, в цифровом виде. Импульсы сброса интеграторов 30, 31 и записи регистра 3 пам ти вырабатываютс  из тактовой последовательности с помощью схемы 24 формировани  коротких импульсов, состо щей из элемента 25 задержки, инвертора 26 и элемента И 27. Импульсы сброса поступают на интегратор 30 через элемент 32 задержки дл  обеспечени  записи информации в регистр 33 в конце каждого тактового интервала .

На выходе блока 34 сравнени  с переменным порогом, определ емым кодом регистра 33, формируютс  импульсы (зпюра к, фиг. 7), передний фронт которых соответствует временному положению тактовой составл ющей неискаженного сигнала, а задний - искаженного.

После перемножени  (с помощью перемножител  35 корректора 5) полученной последовательности со входным клиппированным сигналом образуетс  последовательность (эпюра л, фиг. 7), форма единичных посылок которой полностью восстанавливаетс , а форма нулевых искажаетс . Следует заметить, что дл  правильной демодул ции (путем интегрировани  на тактовых интервалах) и регистрации (путем пороговой обработки) двоичных информационных символов, передаваемых сигналами с относительной фазовой модул цией, полное восстановление формы  вл етс  избыточным . Достаточно максимизировать разность интегралов единичных и нулевых посылок. Искажение нулевых посылок в предлагаемом устройстве имеет такой характер , что их интегрирование всегда дает нормированное значение, равное 0,5 (дл  единичных посылок - 1,0). Это дает возможность восстановить информационную последовательность с помощью пороговой обработки с посто нным порогом, равным 0,75, что полностью соответствует обработке ортогональных (неискаженных) посылок.

Операции интегрировани  и пороговой обработки сигналов выполн ютс  в интеграторе 6, который представл ет собой двухканальную схему. В канале, состо щем из элемента И 38, счетчика 40 и пороговой схемы 42 выдел ютс  единичные посылки, соответствующие участку {00} неискаженного клиппированного фазомодулированного сигнала (эпюра м, фиг. 7). Входной сигнал поступает в канал через инвертор 37. В другом канале, состо щем из элемента И 39, счетчика 41 и пороговой схемы 43 выдел ютс  единичные посылки, соответствующие участкам {11} (эпюра н, фиг. 7). На вторые входы элементов И 38, 39 поступают импульсы заполнени  с генератора 1. Резульаты обработки в обоих каналах обьедин ютс  в элементе ИЛИ 44 (эпюра о, фиг. 7) и поступают на S-вход RS-триггера 48 регенератора 7. На R-вход триггера 48 поступает полутактова  последовательность коротких импульсов (зпюра п, фиг. 7), формируема  с помощью инвертора 45, элемента 46 задерки и элемента И 47 из тактовой последоваельности блока 36 ФАПЧ корректора 5. Выходной сигнал RS-триггера 47 (эпюра р, фиг. 7) поступает на D-вход D-триггера 49, на счетный С-вход которого поступает тактова  последовательность (эпюра с, фиг. 7)

с блока 36 ФАПЧ корректора 5. Восстановленна  информационна  последовательность снимаетс  с выхода D-трйггера (эпюра т, фиг. 7).

Технико-экономическа  эффективность

предлагаемого устройства дл  приема сигналов с относительной фазовой модул цией заключаетс  в повышении помехоустойчивости приема информационных символов за счет использовани  энергии всех передаваемых в канале св зи сигналов дл  анализа и коррекции фазовых искажений.

Claims (1)

1. Формула изобретени  Устройство дл  приема сигналов с относительиой фазовой модул цией, содержащее усилитель-ограничитель, вход которого  вл етс  входом устройства, а выход соединен с первым входом корректора, первый, второй выходы которого соединены соответственно с первым, вторым входами интегратора , третий вход которого, второй вход корректора и первый вход блока фазовой автоподстройки частоты соединены с выходом генератора, выход интегратора соединен с первым входом регенератора, выход которого  вл етс  выходом устройства, второй выход корректора соединен с вторым входом регенератора, отличающеес  тем, что, с целью повышени 

   помехоустойчивости, введен блок оценки фазового сдвига, первый и второй входы которого соединены соответственно с выходом генератора и выходом блока фазовой автоподстройки частоты, второй вход которого соединен с первым выходом корректора , второй выход которого соединен с третьим входом блока оценки фазового сдвига, выход которого соединен с третьим входом корректора.

   бл.5

   от бл. I

   от блЛ

   отбл.о

   к бл.3,6

   к бл.7 J-in r-lJ1 rLAL -r О О П fin JL