Устройство для приема сигналов с относительной фазовой модуляцией

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 1714817 А 127/2 51)5 ГОСУДАРСТВЕННЫЙПО ИЗОБРЕТЕНИЯМПРИ ГКНТ СССР МИТЕТОТКРЫТИЯМ ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ВТОР 0651/094.902,92, Бюл, М 7учно-исследовательавтоматизацииЗубарев и Б.П. Нови394.6(088.8)орское свидетельство278, кл, Н 0427/22.(21) 481 (22) 04.0 (46) 23.0 (71) На средств (72) В,В (53) 621 (56) Авт М 1635 институт ко СССР ии пе- яетти. нецель корход 1100ч(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРИЕМА СИГНАЛОВ С ОТНОСИТЕЛЬНОЙ ЭАЗОВОЙ МОДУЛЯЦИЕЙ(57) Изобретение относится к радиосвяз может быть использовано в аппаратуре редачи данных, Целью изобретения явл ся повышение помехоустойчивос Искажения формы посылок обусловлены синхронностью радиопередатчиков и приемников по несущей. Поставленная достигается тем, что процесс анализа и рекции искажений производится непрерывно с использованием энергии всех передаваемых в канале связи сигналов. Анализ и коррекция фазовых искажений основаны на выделении первой и второй гармоник принятого сигнала с помощью фазовой авто- подстройки частоты, определении разности фаз между ними в блоке оценки фазового сдвига и перемножения входного сигнала на результат анализа в корректоре. Восстановление информационной последовательности осуществляется путем выделения характерных участков фазомодулированного 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.Изобретение относится к радиосвязи и может быть использовано в аппаратуре передачи данных,Известно устройство для приема сигналов с относительной фаэовой модуляцией, 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 модуляцией и полностью подавленной несущей из-за несинхронности по частоте и фазе генератора несущей на передаче и генератора опорного сигнала в демодуляторе приемника. Такая несинхронность приводит к искажению формы демодулированного сигнала, что не позволяет 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 осуществляет выделение информации путем определения характерных участков (11 и (00) клиппированного фазомодулированного сигнала и обрабатывает сигналы при фазовом сдвигео несущей и опорной частот не более . 45 .Известно также устройство, содержащее последовательно соединенные вычитающее устройство, перемножитель и интегратор; блок измерения и формирования, первый и второй выходы которого соединены с входом вычитающего устройства и вторым входом перемножителя. Это устройство использует для работы по каналам связи с амплитудными и фазовыми искажениями периодически передаваемые испытательные сигналы. Устройством осуществляется выделение испытательных посылок для измерения реакции канала на испытательный сигнал и определения корреляционной функции информационных посылок,Такое устройство имеет низкую помехоустойчивость из-за сильной взаимной корреляции между испытательными и информационными сигналами. Кроме того, выделение испытательных сигналов и синхронизация этого устройства основаны навыделении периодической части принимаемого сигнала. Это определяет случайный характер передачи информационных посылок5 и периодическую передачу испытательныхсигналов. Во многих практических случаяхэто условие не выполнимо, например, припередаче повторяющихся данных.Наиболее близким к предлагаемому яв 10 ляется устройство для приема сигналов сотносительной фазовой модуляцией, содержащее последовательно соединенныеусилитель-ограничитель, корректор, интегратор и регенератор, а также блок фазовой15 автоподстройки частоты и генератор, выходкоторого соединен с входом блока фазовойавтоподстройки частоты, с вторым входомкорректора и с вторым входом интегратора, третий вход которого соединен с вторым20 выходом корректора и с вторым входом регенератора.Это устройство имеет низкую помехоустойчивость выделения информации, таккак для коррекции искажений формы сигна 25 лов используются испытательные последовательности, периодически передаваемые вканал связи, и, таким образом, не используется информация об искажениях во времяпередачи информационных символов.30 Цель изобретения - повышение помехоустойчивости,Поставленная цель достигается тем, чтов устройство для приема сигналов с относительной фазовой модуляцией, содержащее35 последовательно соединенные усилительограничитель, вход которого является входом устройства, корректор, интегратор ирегенератор, а также блок фазовой автоподстройки частоты и генератор, выход которо 40 го соединен с входом блока фазовойавтоподстройки частоты, с вторым входомкорректора и с вторым входом интегратора,третий вход которого соединен с вторымвыходом корректора и с вторым входом ре 45 генератора, выход которого является выходом устройства, введен блок оценкифазового сдвига, первый и второй входыкоторого соединены соответственно с выходом генератора и выходом блока фазовой50 автоподстройки частоты, второй вход которого соединен с первым выходом корректора, второй выход которого соединен стретьим входом блока оценки фазовогосдвига, выход которого соединен с третьим55 входом корректора,Принцип действия прототипа основанна коррекции фазовых искажений с помощью испытательных (настроечных) сигналов, передаваемых в канал связи, Дляанализа искажений передаваемое сообщение разбивается на блоки, В начале каждого блока передается пачка испытательных сигналов, форма которых известна. Коррекция производится путем выделения испытательных сигналов с помощью согласованных фильтров, определения и запоминания центра симметрии откликов согласованных фильтров, соответствующего положению тактовых интервалов неискаженного сигнала; определения фазы тактовой составляющей искаженного сигнала с помощью блока фазовой автоподстройки частоты; вычис- ления разности фаз искаженного и неискаженного сигналов и коррекции последующих информационных символов в соответствии с полученными результатами, Обработка (демодуляция) информационной последовательности осуществляется путеминтегрирования ОФМ посылок на каждомтактовом интервале и принятия решения с помощью пороговой схемы.В прототипе не используются информационные символы для анализа фазовых искажений, что снижает помехоустойчивость приема сигналов в целом, С другой стороны дискретность оценки фазы тактовой составляющей неискаженного сигнала, получаемой блоком согласованных фильтров, а также значительное ухудшение взаимокорреляционных свойств испытательных и информационных сигналов при сдвигах фазыЛоколо значений + - также приводят к сни 2жению помехоустойчивости.В предлагаемом устройстве анализ фазовых искажений производится непосредственно по информационным символам без использования испытательных сигналов,Работа устройства основана на следующих предпосылках, касающихся изменения формы сигналов.Эти искажения возникают за счет несинхронности и частотного сдвига генератора несущей однополосного передатчика и опорного генератора приемника и определяют сдвиг спектра частот передаваемого сигнала на величину частотной расстройки генераторов, При этом каждая гармоника принятого сигнала приобретает одинаковые частотный и фазовый сдвиги. При малой расстройке и взаимной нестабильности генераторов передатчика и приемника частотным сдвигом можно пренебречь, учитываялишь изменение разности фаз (в пределахот - Лдо+ л). Рассматриваемый процесс изменения фазового сдвига является достаточно медленным и периодическим.Рассмотрим соотношение фаз первой и второй гармоник искаженного сигнала. Если первая гармоника принятого сигнала50 55 1015202530 3540 имеет фазовый сдвиг рь относительно неискаженного, то вторая гармоника имеетсдвиг у 2 т =рт/2 относительной первой,Поэтому, измерив сдвиг первой и второйгармоник относительно друг другаЬф = Ъ - рт/2 и умножив его на два, получим неизвестную оценку у = 2 Ьу, используемую для коррекции и регенерацииинформации. Выделение составляющихтактовой и удвоенной тактовой частоты производится с помощью блоков фазовой автоподстройки частоты, настроенныхсоответственно на первую и вторую гармоники принимаемого сигнала. Блок оценкифазового сдвига вычисляет разность фаз выделенных составляющих, которая перемножается в корреляторе со входным сигналом.Обработка (демодуляция) и восстановление информационной последовательности осуществляется путем интегрированияОФМ посылок на каждом тактовом интервале и принятия решения с помощью пороговой схемы в интеграторе и регенератореустройства,На фиг. 1 - 6 изображены структурныеэлектрические схемы заявляемого устройства, блока фазовой автоподстройки частоты,блока оценки фазового сдвига, корректора,интегратора и регенератора соответственно; на фиг. 7 - временные диаграммы, поясняющие работу устройства.Устройство для приема сигналов с относительной фазовой модуляцией содержитгенератор 1, усилитель-ограничитель 2, блок3 фазовой автоподстройки, блок 4 оценкифазового сдвига, корректор 5, интегратор 6и регенератор 7.Блок 3 фазовой автоподстройки частотысодержит схему 8 свертки, состоящую изэлемента 9 задержки и перемножителя 10,опорный генератор 11, первый перемножитель 12, первый элемент 13 задержки, второй перемножитель 14, реверсивныйсчетчик 15, первый сумматор 16 по модулюдва, элемент И 17, управляемый 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 О-триггер 23, схему 24 формирования коротких импульсов, состоящую из элемента 25 задержки, инвертора 26 и элемента И 27, перемножитель 28, элемент И 29, интеграторы 30 и 31, элемент 32 задержки, регистр 33 памяти и блок 34 сравнения.Корректор 5 состоит из перемножителя 35 и блока 36 фазовой автоподстройки частоты,10 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, ЯЗ- триггер 48 и О-триггер 49,Устройство работает следующим образом.Информационная последовательность (эпюра а, фиг, 7), модулированная 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 выделяются составляющие соответственно тактовой (эпюра г, фиг. 7) и удвоенной тактовой (эпюра д, фиг. 7) частот. Так как в спектре ОФМ сигнала отсутствуют гармоники тактовой частоты, для их выделения на входах блоков 36 и 3 ФАПЧ производится свертка входного сигнала соответственно на ли л/2 с помощью элемента 9 задержки и пере- множителя 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, представляющего собой регистр сдвига и работающего в режиме регенератора. На выходах второго и третьего элементов 20, 21 задержки вырабатываются сигналы со сдвигом на незначительные части т (где т - длительность элемента информационной последовательностии) относительн о выходного си гнала опорного генератора 11. В установившемся режиме сигнал на выходе второго элемента 20 задержки имеет сдвиг относительно входного сигнала на величину тц/2, что определяется соответствующим выбором значения задержки первого элемента 13 задержки. На перемножителях 12 и 14 происходит перемножение входного сигнала с регенеративным опорным сигналом, сформированным на выходах третьего элемента 21 задержки и опорного генератора 11 соответственно. Сигналы с выходов перемножителей 12 и 14 управляют режимом работы реверсивного счетчика 15, на счетный вход которого через элемент И 17 поступает последовательность с выхода генератора 1, Разрешение на элемент И 17 подается с первого сумматора 16 по модулю два только в тот момент, когда на выходах перемножителей 12 и 14 присутствуют сигналы разных уровней, а также значения входного и опорного сигналов на входах второго сумматора 22 по модулю два не совпадают. Эта операция, тождественная операции вычитания, обеспечивает работоспособность реверсив 20 25 30 35 40 45 50 55 ного счетчика 15, который осуществляет интегрирование разности сигналов на выходе перемножителей 12, 14 в моменты несовпадения входного и опорного сигналов, обеспечивая тем самым формирование дискриминационной характеристики блока 3 (36) ФАПЧ. В управляемом элементе 18 в зависимости от знака рассогласования осуществляется операция добавления импульсов в последовательность с генератора 1 или операция исключения. Динамические характеристики петли слежения обеспечиваются соответствующим выбором коэффициента деления делителя 19 частоты итипом 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 производится вычисление разности фаз выделенных составляющих. Следует заметить, что при непосредственном сравнении фаз сигналов с частотами 1 т и 21 т возникает неопределенность результата, т,е, значение разности фаз определяется с точностью до полутакта ( л). Для исключения неопределенности служит О-триггер 23, на тактирующий С-вход которого подается сигнал удвоенной тактовой частоты с выхода блока 3 ФАПЧ, а на О-вход поступает сигнал тактовой частоты с выхода блока 36 ФАПЧ. В этом случае выходной сигнал О-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 определяется с помощью перемножителя 28 (эпюра ж, фиг. 7) и интегратора 30 (эпюра з, фиг. 7) и запоминается в регистре 33 памяти (в цифровом виде). Для обеспечения работы интегратора 6 (выполненного на основе двоичного счетчика) на его тактовый вход через элемент И 29 подаются импульсы заполнения с генератора 1. Хранимая в регистре 33 информация об удвоенной разности фаз (2 Ь р) в 1-м такте, используется в последующем такте для определения временного сдвига между тактовыми моментами искаженного сигнала относительно неискаженного, Для этого служит схема 34 сравнения, к одному из цифровых входов которой подключены разряды регистра 33 памяти, 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 памяти вырабатываются из тактовой последовательности с помощью схемы 24 формирования коротких импульсов, состоя5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 щей из элемента 25 задержки, инвертора 26 и элемента И 27, Импульсы сброса поступают на интегратор 30 через элемент 32 задержки для обеспечения записи информации в регистр 33 в конце каждого тактового интервала.На выходе блока 34 сравнения с переменным порогом, определяемым кодом регистра 33, формируются импульсы (эпюра к, фиг. 7), передний фронт которых соответствует временному положению тактовой составляющей неискаженного сигнала, а задний - искаженного.После перемножения (с помощью пере- множителя 35 корректора 5) полученной последовательности со входным клиппированным сигналом образуется последовательность(эпюра л, фиг. 7), форма единичных посылок которой полностью восстанавливается, а форма нулевых искажается. Следует заметить, что для правильной демодуляции (путем интегрирования на тактовых интервалах) и регистрации (путем пороговой обработки) двоичных информационных символов, передаваемых сигналами с относительной фазовой модуляцией, полное восстановление формы является 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 (для единичных посылок - 1,0). Это дает возможность восстановить информационную последовательность с помощью пороговой обработки с постоянным порогом, равным 0,75, что полностью соответствует обработке ортогональных (неискаженных) посылок.Операции интегрирования и пороговой обработки сигналов выполняются в интеграторе 6, который представляет собой двухканальную схему. В канале, состоящем из элемента И 38, счетчика 40 и пороговой схемы 42 выделяются единичные посылки, соответствующие участку (00) неискаженного клиппированного фазомодулированного сигнала (эпюра м, фиг. 7), Входной сигнал поступает в канал через инвертор 37. В другом канале, состоящем из элемента И 39, счетчика 41 и пороговой схемы 43 выделяются единичные посылки, соответствующие участкам (11) (эпюра н, фиг. 7). На вторые входы элементов И 38, 39 поступают импульсы заполнения с генератора 1, Результаты обработки в обоих каналах объединяются в элементе ИЛИ 44 (эпюра о, фиг. 7) и поступают на Я-вход ВЯ-триггера 48 регенератора 7. На В-вход триггера 48 поступает полутактовая последовательность коротких импульсов (эпюра и, фиг, 7), формируемая с помощью инвертора 45, элемента 46 задержки и элемента И 47 из тактовой последовательности блока 36 ФАПЧ корректора 5. Выходной сигнал ВЗ-триггера 47 (эпюра р, фиг. 7) поступает на О-вход О-триггера 49, на счетный С-вход которого поступает тактовая последовательность (эпюра с, фиг, 7) с блока 36 ФАПЧ корректора 5. Восстановленная информационная последовательность снимается с выхода О-триггера (эпюра т, фиг. 7).Технико-экономическая эффективность предлагаемого устройства для приема сигналов с относительной фазовой модуляцией заключается в повышении помехоустойчивости приема информационных символов за счет использования энергии всех передаваемых в канале связи сигналов для анализа и коррекции фазовых искажений. Формула изобретения Устройство для приема сигналов с относительной фазовой модуляцией, содержащее усилитель-ограничитель, вход которого является 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 является выходом устройства, второй выход корректора соединен с вторым входом регенератора, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повышения 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,1714817О 1 б) в) е) а) з) к)1 1 О Ол) 0,75 0,75 н) о) и) р)Фиг,7Составитель В,Зубарев Редактор С.Патрушева Техред М.Моргентал Корректор О.Кундрик Заказ 705 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101