Приемник сигналов с двойной фазовой манипуляцией

СОЮЗ СОаЕТСНСОЦИАЛИСТИЧЕРЕСГ 1 УБЛИН И 19) (1 20 04 1. 27/22 ГосудАРстаенный кОмитет ссПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТ ру( (Щ%%13ВИИ 1111 1"-м:с:."т 3 АНИЕ И О ЕНИ обыском сеид тигается за(56) Заездный А.И. и др. фаная модуляция и ее примененпередачи дискретной информаСвязь, 1967, с. 22-49.Авторское свидетельствоУ 1062887, кл. Н 04 1. 27/22(57) Изобретение относитсятелеграфной связи. Цель изо игнал ния спектр счет обесп ать сигн ий т,е сч ой инфорждение расшире увеличение объема принимае мации. Одновременное прохо 2-х сообщений по каналу бе оразносте дляции.-М:. ССР1980.ЙНОЙобластиретенияения способности принис Фазовым уплотнением, возможности различать 4 варианта манипуляции Фазы несущих . колебаний, Для правильного разделения 2-х независимых сигналов, передаваемых по одному каналу путем Фазового уплотнения, надо проанализировать структуру двоичного кода, появляющегося на 2-м выходе арифметического сумматора 5. Это выполняет блок разделения сигналов (БРС) 9. Для правильной работы устройства операции в БРС 9 должны выполняться в строго определенные моменты времени. Они определяются распределителем импульсов 8, Формирующим тактовые импульсы для триггеров 17 - 20 БРС 9. Эти импульсы располагаются во вре1220135 мени так, чтобы импульс на выходеэлемента И 14 находился на середине1-й половины интервала анализа, аимпульс на выходе элемента И 15 - насередине 2-й половины этого интервала. Импульс на выходе делителя час 1Изобретение относится к телеграфной связи и может найти применение при построении моделей среднескоростных систем передачи дискретной информации. 5Цель изобретения - увеличение объема принимаемой информацииНа фиг. 1 изображена структурно- электрическая схема устройства; на фиг. 2 - эпюры напряжений, поясняющие 10 работу распределителя импульсов, на Фиг. 3 - эпюры напряжений, поясняющие работу устройства в целом.Приемник сигналов с двойной фазовой манипуляцией содержит полосовой 15 Фильтр 1, формирователь 2 импульсов, блок 3 фазовой автоподстройки частоты, элемент 4 задержки, арифметический сумматор 5, первый 6 и второй 7 формирователи строб-импульсов, рас пределитель 8 импульсов, блок 9 разделения сигналов, первый 10 и второй 11 фильтры нижних частот,первьй выходной блок 12 сопряжения и второй выходной блок 13 сопряжения, причем распределитель 8 импульсов содержит два элемента И 14 и 15 и делитель 16 частоты, а блок 9 разделения сигналов содержит первый 17, второй 18, третий 19 и четвертый 20 триггеры. ЗОУстройство работает следующим об- . разом.Одновременное прохождение двух сообщений по каналу без расширения спектра сигнала достигается за счет обеспечения способности принимать сигнал с фазовым уплотнением, т.е. за счет возможности различать четыре варианта манипуляции фазы несущих колебаний, При этом во всех вариантах 4 ц производится манипуляция фазы на 180. По соображениям простоты реализации выбраны следующие варианты манипуляции: 0.180,.90-ь 270, 270.а.90 Кажтоты 16 располагается в конце интер-вала анализа после импульсов на выходах элементов И 14, 15, ЭлементыИ 14, 15 выполняют дешифрацию истробирование 2-х состояний делителячастоты 16. 2 з.п. ф-лы. З.ил. дый вариант манипуляции фазы кодирует один из четырех возможных кодов, образуемых двумя двоичными сигналами, каждьй из которых можно рассматривать как отдельное сообщение, независимое от другого.Обнаружение одного из вариантов манипуляции Фазы несущих колебаний позволяет однозначно восстановить по одной посылке из двух независимых сообщений, передаваемых одновременно по каналу связи с обычной для него скоростью. При этом спектр канального сигнала не расширяется, так как круговая частота манипуляции остается неизменной, а дополнительная информация вносится в сигнал за счет использования большего числа вариантов манипуляции фазы несущих колебаний.Колебания несущей частоты, выделенные полосовым фильтром 1 из входного сигнала, преобразуются формиро-, вателем 2 импульсов в прямоугольные импульсы. Они поступают на второй вход арифметического сумматора 5 непосредственно, а на первый вход - через элемент 4 задержки, сдвигающий их на половину периода колебаний несущей частоты, До тех пор, пока фаза несущих колебаний не манипулирована, на первом выходе арифметического сумматора 5 постоянно присутствует потенциал логической единицы, а на втором выходе арифметического сумматора 5 - потенциал логического нуля.Если в колебаниях несущей частоты появляется манипуляция Фазы, то на первом выходе арифметического сумматора 5 устанавливается потенциал логического нуля на время, равное половине периода следования импульсов несущей частоты. Сигнал на вто 3 12 ром выходе арифметического сумматора 5 в течение этого времени может быть различен, но полностью и однозначно определяется вариантом манипуляции колебаний несущей частоты.Рассмотрение сигнала на втором выходе арифметического сумматора 5 в то время, как на первом выходе присутствует потенциал логического нуля, показывает, что его можно воспринимать как последовательный двухразрядный двоичный код, который для различных вариантов манипуляции имеет следующие значения: 0 в +1 - код 11;180 - + 0 - код 00, 90 в +2 - код 10;270 в- код 01.Это позволяет отождествить код на втором выходе арифметического сумматора 5 с кодом, образованным одновременно передаваемыми элементарными посылками двух независимых сигналов. После этого устройство разделяет разряды этого кода в два отдельных канала. При этом один разряд кода выражает значение принятой элементарной посылки первого канала, а другой - второго канала.Таким образом, для правильного разделения двух независимых сигналов, передаваемых по одному каналу путем фазового уплотнения, необходимо проанализировать структуру двоичного кода, появляющегося на втором выходе арифметического сумматора 5. Этовыполняет блок 9 разделения сигналов. Анализ проводится в течение интервала времени, пока на первом выходе арифметического сумматора 5 присутствует потенциаллогического нуля.Анализ заключается в следующем. Интервал анализа разбивается на две части. Сначала сигнал со второго выхода арифметического сумматора 5 заносится в первый триггер 17, а затем во второй триггер 18, После записи информации во второй триггер 18 последовательный двоичный код со второго выхода арифметического сумматора 5 оказывается преобразованным в параллельный код, первый разряд которого хранится в первом триггере 17, а второй - во втором триггере 18. Но разряды этого кода формируются в разное время, т.е. когда в первый триггер 17 заносится первый разряд кода со второго выхода арифметического сумматора 5, во втором триггере 18 еще хранится значение второго20135 51 О 15 20 45блока 3 фазовой автоподстройки час. тоты формирователи 6 и 7 строб-им 50 55 25 30 35 40 разряда такого же кода, но от предыдущего момента манипуляции фазынесущих колебаний. Оно заменяетсяновым значением только после зане -сения во второй триггер 18 новогокода. Эти моменты разнесены на четверть периода колебаний несущей частоты. Поэтому на выходе первого 17и второго 18 триггеров сигналы, разделенные на два канала, имеют постоянный сдвиг по фазе на четверть периода колебаний несущей частоты.Чтобы устранить этот сдвиг, содержимое первого 17 и второго 18 триггеров параллельным кодом переписывается в третий 19 и четвертый 20 триггеры после того, как записываетсяинформация во второй триггер 18. Врезультате на выходе блока 9 разделения сигналов элементарные посылкидвух независимых сообщений оказываются строго синхронизированными по времени. Эта синхронность сохраняется и на выходе устройства.Следовательно, для правильной работы устройства операции в блоке 9 разделения сигналов должны выполняться в строго определенные моменты . времени. Они определяются распределителем 8 импульсов, формирующим тактовые импульсы для триггеров блока 9 разделения сигналов, Эти импульсы располагаются во времени так, чтобы импульс на выходе элемента И 14 находился на середине первой половины интервала анализа, а импульс на выходе элемента И 15 - на середине второй половины этого интервала. Импульс на выходе делителя 16 частоты располагается в самом конце интервала анализа после импульсов на выходах элементов И 14 и 15 (фиг. 2 аж,)Эти импульсы формируются следующим образом. Из выходных сигналов пульсов формируют две последовательности импульсов, вид и взаимное расположение которых показаны на фиг.28 и е . Первая из них поступает навход делителя 16 частоты, состоящего из трех счетных триггеров, установочные входы которых соединены с первым выходом арифметического сумматора 5. До тех пор, пока нет манипуляции фазы несущих колебаний,там присутствует постоянная логи 1 ческая единица. Этот потенциал при 1вудительно удерживает иа выходахтриггеров потенциалы логического нуля (Фиг. 2 б,г,) и этим запрещает прохождение импульсов на выходы элементов И 14 и 15 (фиг. 2 х,).В момент изменения Фазы несущих колебаний на первом выходе арифметического сумматора 5 появляется потенциал логического нуля (фиг 2 ) на время, равное половине периода 1 О несущих колебаний, Его можно рассматривать как отрицательный импульс на первом выходе арифметического сумматора 5. Он расположен вполне определенным образом относительно 15 последовательностей импульсов на выходах Формирователей б и 7 строб- импульсов (фиг. 2 а, 8, е ). Такое расположение обеспечивается блоком 3 фазовой автоподстройки частоты, 20 фазирующим свои выходные сигналы под колебания несущей частоты, Последовательности импульсов, сформированные из этих сигналов, тоже ока-зываются зафазированными под те же 25 самые колебания. При появлении импульса на первом выходе арифметического сумматора 5 принудительная установка снимается с триггеров делителя 1 б частоты. Они начинают деление частоты первой последовательности импульсов (Фиг.28, ь, г, ). После окончания четвертого импульса этой последовательности появляется задний Фронт импульса на35 первом выходе арифметического сумма" тора 5 и триггеры делителя 1 б частоты снова принудительно устанавливаются па установочным входам цатен"40 циалом логической единицы, За счет этого на выходе третьего триггера 19 делителя 16 частоты Формируется узкий импульс (фиг, 2).Элементы И 14 и 15 выполняют де" шифрацию и стробирование двух состоя 45 ний делителя 1 б частоты. При этом на их выходы проходят страбирующие импульсы в моменты, когда делитель 16 частоты оказывается в дешифрируемом состоянии. На выход элемента Ио14 он проходит, когда на выходе первого триггера 17 делителя 1 б частоты присутствует потенциал логической единицы, а на выходе второго 18- потенциал логического нуля (фиг. 26, г, е, к). На выход элемента И 15 он проходит, когда на выходе второго триггера 18 делителя 16 частаты присутствует потенциал логической единицы (фиг, 2 В, г, е,).В реальных условиях, при наличии помех, входной сигнал устройства поражен краевыми искажениями, что выражается в том, что прямоугольные импульсы, сформированные из колебаний несущей частоты, а также интервалы между ними могут быть не равны половине номинального периода колебаний несущей частоты, Это приводит к тому, что на первом и втором выходах арифметического сумматора 5 появляются ложные результаты арифметического суммирования в моменты прихода фронтов искаженных прямоугольных импульсов входного сигнала, Но эти ложные результаты не могут исказить сигнал в блоке 9 разделения сигналов так как тактовые импульсы для триггеров этого блока формируются со смещением относительно искажающихся Фронтов. Это видно из фиг. 2 а,-к, , если учесть, что искаженные фронты импульсов входного сигнала совпали бы с фронтами или с серединой отрицательного импульса на фиг. 2 о,.Смещение тактовых сигналов обеспечивает запись информации в триггере, когда на выходах арифметического сумматора 5 уже устанавливаются истинные результаты суммы и переноса. При этом появление ложных результатов в промежутках между моментами манипуляции фазы несущих колебаний не оказывает никакого влияния на работу устройства, так как ложные сигналы на первом выходе арифметического сумматора слишком узки для того, чтобы под их воздействием сформировались тактовые импульсы в распределителе 8 импульсов, Поэтому блок 9 разделения сигналов на них не реагирует,На фиг. За начало временных диаграмм построено для случая, когда моменту манипуляции фазы предшествовал вариант манипуляции 180 - О. Поэтому иа выходах всех триггеров 17 20 блока 9 разделения сигналов присутствует потенциал логического нуля (Фиг. 3 м-и) . Это состояние сохраняется да нового момента манипуляции фазы колебаний несущей частоты, коо о тарый производится по варианту 0 180.В этот момент на первом выходе ариФметического сумматора 5 устанавливается потенциал логического нуля5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 на время, равное половине периода колебаний несущей (Фиг. За, 6 ). На втором его выходе на это же время устанавливается. потенциал логической единицы (фиг. За, г ). Этот потенциал блок 9 разделения сигналов рассматривает как последовательный двухразрядный код, отдельные разряды которого должны быть записаны в триггеры 17 и 18. Причем первый разряд записывается в первый триггер 17, а второй - во второй триггер 18. Для этого на информационные входы этих триггеров поступают регистрирующие строб-импульсы (фиг. Зк, л ) соответственно с выходов элементов И 14 и 15, входящих в состав распределителя 8 им- . пульсов. Процесс формирования этих импульсов распределителем 8 импульсов .представляет собой дешифрацию со стробированием состояний делителя 16 частоты, входящего в состав распределителя 8 импульсов (фиг.З -л). Для формирования требуются две последовательности импульсов (фиг.З у,и), формируемые из сигналов, снимаемых с выходов делителя частоты, входящего в блок 3 фазовой автоподстройки частоты. Для определенности на фиг. 3 р показан вид сигнала с выхода последнего триггера делителя 16 частоты. Фазировка этого сигнала, например, взята такой, что фронты импульсов несущей частоты, под которые производится фазирование, совпадают с задними фронтами импульсов на Фиг. ЗР, а период следования по общему правилу построения устройств фазовой автоподстройки частоты выбран равным минимальной длительности элемента входного сигнала. Эта длительность, которую можно рассматривать как элементарную посылку, равна четверти периода колебаний несущей частоты, что видно при рассмотрении Фиг. За в моменты манипуляции по вариантам 90 -+ 270 и наоборотСравнение фиг. Зр и 3 ноказывает,что для формирования последовательности импульсов, поступающих на вход делителя 16 частоты, необходимо использовать сигнал, снимаемый по крайней мере с одного из внутренних триггеров делителя частоты, входящего в блок 3 Фазовой автоподстройки частоты.Сформированные строб-импульсы совпадают с серединами соответственно первой и второй половин полупе-риода колебаний несущей частоты(фиг. Зр, к, л ). Запись значений кода переноса в триггеры 17 и 18 блока9 разделения сигналов происходит вмомент начала строб-импульсов (фиг.За, м и 3 м,н). После записи значениявторого разряда кода переноса, содержимое первого и второго триггеров17 и 18 переписывается в третий ичетвертый триггера 19 и 20 (фиг. З,о,и,м,ч)Сравнение состояния триггеров 17 и 18 после очередной манипуляции фазы с кодами, обозначающими эти варианты, показывает что при манипуляции 0 - + 180 в оба триггера 17 и 18 записывается логическая единио о ца; при манипуляции 90 - . 270 в первый триггер 17 записывается логическая единица, а во второй триггер 18 - логический ноль, при манипуляции 270 - 90 в первый триггер записывается логический ноль, а во второй триггер 19 - логическая единица. Формула изобретения 1. Приемник сигналов с двойной Фазовой манипуляцией, содержащий последовательно соединенные полосовой фильтр, Формирователь импульсов, элемент задержки и арифметический сумматор, последовательно соединенные блок фазовой автоподстройки частоты и первый формирователь строб-импульсов, последовательно соединенные первый фильтр нижних частот и первый выходной блок сопряжения, причем выход формирователя импульсов подключен к входу блока фазовой автоподстройки частоты и к второму входу арифметического сумматора, о т л и - ч а ю щ и й с я тем, что, с целью увеличения объема принимаемой информации, в него введены последовательно соединенные блок разделения сигналов, второй фильтр нижних частот и второй выходной блок сопряжения, последовательно соединенные второй формирова-тель строб-импульсов и распределитель импульсов, второй и третий входы которого соединены соответственно с выходом первого формирователя строб-. импульсов и с первым выходом арифметического сумматора, выходы распределителя импульсов подключены к так 1220135товым входам блока разделения сигналов, информационный вход и второйвыход которого соединены соответственно с вторым выходом арифметического сумматора и с входом первогофильтра нижних частот, а второй выходблока фазовой автоподстройки частотысоединен с входом второго формирователя строб-импульсов. 2. Приемник по п. 1, о т л и ч аю щ и й с я тем, что, распределитель импульсов выполнен в виде двух элементов И и делителя частоты, одни выходы которого подключены к одним входам элементов И, другие входы которых являются вторым входом распределителя импульсов, первым и третьим входами которого являются соот=ветственно счетный и установочныйвходы делителя частоты, а выходы элементов И и другой выход делителя частоты являются выходами распределителя импульсов.3. Приемник по п. 1 о т л ич а ю щ и й с я тем, что блок разделения сигналов выполнен в виде четырех триггеров, причем выходы первого и второго триггеров подключенык информационным входам соответственно третьего и четвертого триггеров,выходы которых являются первым и 15 вторым выходами блока разделениясигналов, тактовыми входами которогоявляются счетные входы триггеров, аинформационные входы первого и второго триггеров являются информационным 2 О входом блока разделения сигналов.каз 333/60 Тирад 624 ВНИИПИ Государстве по делам изобрет 113035, Москва, ЖПодписноеного комитета СССРний и открытийРаушская наб., д. 4/5 а 2 д ю Ю ф 5 Р д д е В а 15 ю и 7 И 17 л 9