Устройство для демодуляциидвоичных сигналов

Союз Советских Социалистических Республик(11794767 ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ фйгф(51) М. Кл Н 04 . 27/22 Государственный комитет по делам изобретений и открытийОпубликовано 07,01.81. Бюллетень1 Дата опубликования описания 07.01.81(71) Заявитель Куйбышевский электротехнический институт связи(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДЕМОДУЛЯЦИИ ДВОИЧНЫХ СИГНАЛОВоиство имеет низ 20товышение достопредставлена структурная ема предлагаемого устИзобретение относится к технике радиосвязи и может использоваться в системах передачи дискретной информации по каналам связи с рассеянием энергии принимаемых сигналов во времени и по частоте. 5Известно устройство для демодуляции двоичных сигналов, содержащее перемножители, выходы которых соединены через сумматоры с входами вычитающих блоков, первый дополнительный сумматор, блок 10 оценки импульсной реакции и линию задержки, вход которой соединен с выходом блока преобразования входного сигнала, второй дополнительный сумматор, выход которого соединен с входом дискриминато- ц 5 ра уровня сигнала, регистр сдвига, выходы которого соединены с первыми входами одних перемножителей 111.Однако известное устркую достоверность.Цель изобретения - тверности.Для этого в устройство для демодуляции двоичных сигналов, содержащее пере- множители, выходы которых соединены че рез сумматоры с входами вычитающих блоков, первый дополнительный сумматор, блок оценки импульсной реакции и линию задержки, вход которой соединен с выходом блока преобразования входного сиг- зО нала, второй дополнительный сумматор, выход которого соединен с входом дискриминатора уровня сигнала, регистр сдвига, выходы которого соединены с первыми входами одних перемножителей, введены реле, ключ и счетчик, выходы которого соединены с первыми входами других пере- множителей, вторые входы которых соединены с вторыми входами одних перемножителей и выходами блока оценки импульсной реакции, вход которого соединен с одним выходом линии задержки, другие выходы которой соединены с дополнительными входами соответствующих вычитающих блоков, выходы которых через первый дополнительный сумматор соединены с входом второго дополнительного сумматора, причем выход дискриминатора уровня сигнала соединен с первым входом ключа, выход которого через реле соединен с входом регистра сдвига, а соответствующий выход счетчика соединен с вторым входом ключа.На чертежеэлектрическая схройства,Устройство содержит блок 1 преобразования входного сигнала, блок 2 обработки сигналов, состоящий из линии 3 задержки, блока 4 оценки импульсной реакции, вычи 7947 ВТ3таюцих б)локон 5, сумматоров 6, первогодополнительного сумматора 7 и перемно.жителей 8; счетчик 9, регистр 10 сдвига,второй дополнительный сумматор 11, дискриминатор 12 уровня сигнала, ключ 13,реле 14.Устройство работает следующим образом.Сигнал с выхода канала связи поступает на вход блока 1. Здесь сигнал подвергается взаимно-однозначному линейномупреобразованию такому, чтобы каждомуотрезку входного сигнала длительностью Тсоответствовал набор чисел (отсчетов компонент), которые поступают на входы блоков 2 в виде напряжений, постоянных наинтервале Т и сменяемых на границе между интервалами. Блок 1 в случае видеосигнала представляет собой устройство выборки отсчетов и запоминания их на время Т, а в случае радиосигнала должен содержать два синхронных детектора, рабо.тающих в квадратуре, и два устройствавыборки отсчетов. В обоих случаях количество выходов блока 1 равно п = 2 РТ. Линия 3 представляет собой дискретно-аналоговую линию задержки, во всех отводахкоторой происходит одновременная сменаотсчетов сигнала на границе между соседними тактовыми, интервалами,Таким образо на протяжении интервала обрабт 1(и Г, в распоряжении демодулятора в застывшем виде имеются Мотсчетов (вектор) входного сигна,па на Мвыходах линии задержки - и М отсчетовимпульсной реакции канала на М выходахТзблока 4, где Мв , целое число, характеризующее время рассеяния Т, и равное числу выходов линии задержки, а также числу ячеек памяти в блоке оценки им пульсной реакции канала. Обозначая х 1,к - отсчет сигнала на интервале Т, в 1(-ом отводе линии (1( = 1, 2, , М); (11 1-й отсчет реакции канала (1 = 1, 2, , М); а, - знак 1-й информационной посылки (а, ) 1) имеемХ 1,к = а 1+к - 1 Ч + а 1+к - 2 (12 +. + а 1-, к - и(1 м+ 1- кх;,к = а - ,- 11,+ 1.1 , (1)е 1Где Х,. = (Х; к)1 - ВСКтОр СИГНада;1.1, - помеха.Счет отводов в линии задержки ведется справа налево. Из (1) следует, что в каждом отводе линии задержки содержится составляющая сигнала, обусловленная искомым знаком а Например, в 1 отводе такой составляющей является: а; (1, (2)Задача предложенного устройства состоит в том, чтобы выбрать такое из двух значений а которое наилучшим (в смысле избранного критерия) образов удовлет.= (1 (Х 1.1.1, - Х 1+1 ) и соответствующего 35 ему знака а 1 1 и так далее.Описанная процедура работы можетбыть охарактеризована как обработка сигнала в целом на интервале рассеяния МТ с поэлементным принятием решения.40 В блоке 4 производится оценка импульсной реакции канала в форме отсчетов данной компоненты этой реакции. В случае, когда в составе принимаемого сиг кала присутствуют испытательные импуль сы, защищенные с обеих сторон пассивными защитными интервалами, блок 4 представляет собой устройство выборки отсчетов и распределения их по отдельным ячейкам памяти, число которых равно М.50 Блоки 5 производят вычитание отсчетоввходного сигнала Х; из вариантов ожидаемого сигнала Х формируемых матрицей перемножителей 8 и сумматоров 6. В пе ремножителях 8 производится умножениеотсчетов импульсной реакции (1, на знаки а,). = +1, следовательно, перемно 2 кители 8 представляют собой ключи, подающие отсчеты реакции (1, с выходов блока 4 на 60 входы сумматоров 6.Управление перемножителями 8 производится от счетчика 9 и от регистра 10. И структурно, и функционально сумматоры б и перемножители 8 образуют матрицу, на 66 входе которой действует вектор (столбец) 6 10 116 20 25 30 4ворнт всей системс равенствго всех компонентах принятого сигнала.Эта задача решается следующим образом. Считая (1, известным точно, осущест вляется перебор всевозможных комбинаций последующих символов а 1+ (1 = 0,1, , М 1) в предположении, что решение о знаках предыдущих символов а. 1 уи(е вынесено с достоверностью. Для каждого набора а ;+,), в соответствии с (1), но бЕЗ ПОМЕХИ, ВЫЧИСЛяЮтея Х 1,к дЛя ВСЕХ компонент сигнала (г-номер набора). Фиксируется тот набор а 11+)1 которому соответствует Х 1, ближайший к Х,.Мера близости устанавливается с помощью некоторого нелинейного функционала а от разности (Х 1, - Х, ). В простейшем случае этой мерой может быть геометрическое расстоянис в Эвклидовом пространстве упорядоченных отсчетов сигнала, После того, как найден набор знаков, которому соответствует минимальное (1 , из этого набора удерживается лишь искомый знак а который поступает на выход, как окончательное рсшение. На следующем (1+ 1) Р, тактовом интервале а, считается уже известным, а знаки а;+у+1 снова подвергаются перебору, с целью выявления минимального (11.18 отсчетов реакции Сс = (с(с(, а на выходе образуется вектор ожидаемого сигнала Хс,Хс = ГА 1 Сс. (3)Матрица /А 1 образована двоичными коэффициентами ас+; , причем ее верхняя тре.угольная часть составлена из известныхзнаковых коэффициентов (ас-с, 1) 1),получаемых от регистра 10 и постоянныхна интервале Т; нижняя треугольная частьсоставлена из неизвестных знаков (а.+;) 1), получаемых от счетчика 9 и полностью перебираемых на интервале Т;главная диагональ образована искомымзнаковым коэффициентом а получаемымот счетчика 9 и получающим в течение Тдва значения: в течение одной половиныинтервала а, = +1, другой - а, = - 1,безразлично в какой последовательности.Счетчик 9 доляен в течение Т выдать одну за другой все 2 м комбинаций (наборов) знаковых коэффициентов а (с+1(гбезразлично в какой последовательности.Счетчик 9 может представлять собой,например М-разрядный двоичный счетчик,запускаемый с частотой 1 = 2"/ В ходесчета на выходах счетчика будут иметь место одна за другой все 2" возможныхкомбинаций двоичных знаков. Если счетчик выполнен па триггерах, то в качествеуправляющих сигналов для коммутациипер ем нож ителей 8 удобно использоватьпротивофазные выходы триггеров,С выходов блоков 5 на входы сумматора 7 поступают разности вида Хс,кХс с, в сумматоре 7 производится сложение квадратов этих разностей и получениеквадрата нормы разности ожидаемого ипришедшего сигналов.дъ мсР (Хс, - Хс) = Хс,. - Хс(Р =У(хс-к=- х;,) 2. (4)При выборе другой метрики в пространстве отсчетов в сумматоре 7 производится другая нелинейная операция, например сложение модулей разностеймЙ (хс,г - хс) =.Х(с,к,г хс,к((5)к=Выбор метрики определяется в первую очередь статистикой аддитивного шума в канале, При белом гауссовом шуме критерий максимального правдоподобия приводит к правилу (4). При наличии импульсных помех может оказаться оптимальной метрикадд (Хс,г - Хс) = Мах(Х с,к,г Хс,к((б) В сумматоре 7 заканчиваются операции, связанные с одной компонентой сигнала. В других блоках 2, общее число которых и = 2 РТ, производятся точно такие же операции над остальными компонентами сигнала. Блок 2 абсолютно одинаковы и взаимозаменяемые. Их можно рассматривать как независимые ветви разне сения при приеме одной и той же информации.Для оптимального когерентного сложения этих ветвей разнесения достаточно сложить выходы первых дополнительных О сумматоров 7 в сумматоре 11, и рассматривать результат второго сложения как норму общего пМ-мерного вектора разности ожидаемого к си канального гс сигц 5 налов. Такое сложение правомерно приметриках (4) и (5). Приметрике (б) вместо второго дополнительного сумматора 11 снова долкно быть использовано устройство, реализующее (б).2 о Дискриминатор 12 должен определитьмомент, когда очередной шаг перебора счетчика 9 приведет к появлению сигнала к с наименес отличающегося от канально.2; го сигнала хс, т. е. выдать импульс в тотмомент, когда на выходе сумматора 11 появится минимальный результат с начала текущего интервала Т. Дискриминатор 12 мояет, например, содержать пиковый де- ЗО тектор падающего напряжения и индикатор тока разряда конденсатора. В начале интервала Т конденсатор заряжен до наибольшего возможного напряжения. По мере прихода на дискриминатор 12 очередных результатов суммирования напряжение на конденсаторе понижается до очередного уровня, если он ниже остаточного напряжения на предыдущем шаге, илп сохраняет свое прежнее значение, если оп 4 О равен или выне остаточного напряжения.Индикатор тока разряда конденсаторавыдает импульс каждый раз, когда происходит разряд конденсатора, хотя бы на малую величину напряжения. Таким обра зом, к концу интервала Т на конденсатореостается напряксние, численно равное минимальному расстоянию между входным и г-ым ожидаемым сигналом, а на выходе дискриминатора 12 имеется один или не 5 с СКОЛЬКО ИМПУЛЬСОВ, ПроИСХОДЯЩИХ В МОменты времени, соответствующие более тссному приближению кс к кс Последний из этих импульсов соответствует блищжайшему из кс г. Каждый раз при появлении импульса на выходе дискриминатора 12 открывается ключ 13, и то значение а которое в момент появления очередного импульса имеет место на главном выходе счетчика 9, записывается в реле 14. В течение Т реле 14 будет получать противоречивыс приказы, однако к концу Т в реле 14 окажется записанным то значениеа которое соответствует наиболее близко40 Му гк г;, Таким обазом, логика работы устройства такова, что к концу 1-го интервала на входе регистра 10 появится символ а, - первый из комбинацииа 1+;), соответствующей ожидаемому г;ближайшему к г;. В конце 1-го ин" тервала Т регистр 10 перепишет это значение а, в свою первую ячейку, и на следующем (1+ 1) -М интервале только что зарегистрированное а, станет работать в качестве уже известного символа а; прочие ячейки регистра также получат новое содержание от соседних слева ячеек; на входе и выходах линии 3 произойдет обновление аналогичных отсчетов, дискриминатор 12 будет возвращен к исходному состоянию. Эти операции осуществляются синхронно по команде из блока управления. Ритм работы блока 4 подчинен цикловому периоду (например, моментам прихода испытательных импульсов).Остальные блоки не содержат элемен. тов памяти, являются безинерционными и в управлении не нуждаются.Выходом всего предложенного устройства является первая ячейка регистра 10.Таким образом, преимущество предлагаемого устройства перед аналогичными техническими решениями заключается в повышении достоверности демодуляции при сохранении относительной простоты устройства, в снижении задержки сигнала в демодуляторе, в устранении флуктуаций фронтов выходного дискретного сигнала, которые могли быть при переходе с луча на луч, а в связи с этим в отсутствии ошибок типа сдвига, в расширении допустимого интервала рассинхронизации - и, как следствие, в повышении надежности и жизнеспособности всей системы связи, по 5 1 О 15 20 ,20 Зо 35 строенной на базе данного предлагаемого устройства.Формула изобретенияУстройство для демодуляции двоичных сигналов, содержащее перемножители, выходы которых соединены через сумматоры с входами вычитающих блоков, первый дополнительный сумматор, блок оценки импульсной реакции и линию задержки, вход которой соединен с выходом блока прсобразования входного сигнала, второй допол нительный сумматор, выход которого соединен с входом дискриминатора уровня сигнала, регистр сдвига, выходы которого соединены с первыми входами одних пере- множителей, отличающееся тем, что, с целью повышения достоверности, введены реле, кл 1 оч и счетчик, выходы которого соединены с первыми входами других персмножителей, вторые входы которых соединены с вторыми входами одних перемножителей и выходами блока оценки импульсной реакции, вход которого соединен с одним выходом линии задержки, другие выходы которой соединены с дополнительными входами соответствующих вычитающих блоков, выходы которых через етый дополйительный сумматор соединены с входом второго дополнительного сумматора, причем выход дискриминатора уровня сигнала соединен с первым входом ключа выход которого через реле соединен с входом регистра сдвига, а соответству 1 ощий выход счетчика соединен с вторым входом ключа. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССР Ко 341170, кл. Н 04 В 15/00, 1970 (прототип),79476 оставитель Е, Голубехред И, Пенцко Корректор Л. Куклина едактор Г. Петров Заказ 8674 Изд.101ВНИИПИ Государств по делам пзобре113035. Москва, Жодп испо Тира к нного комитета ений и открытаушская наб., д. 4/5 Загорская типография Упрполиграфпздата Мособлисполкома