устройство для приема сигналов с минимальной частотной модуляцией

Формула изобретения

Устройство для приема сигналов с минимальной частотной модуляцией, содержащее синхронизатор, компаратор, первое и второе устройства выборки/хранения, управляющие входы которых соединены соответственно с прямым и инверсным управляющими выходами синхронизатора, первый и второй корреляторы, тактовые входы которых подключены к синхровыходу устройства и к тактовому выходу синхронизатора, первый и второй опорные выходы которого соединены с опорными входами соответственно первого и второго корреляторов, информационные входы которых подключены ко входу устройства и ко входу синхронизатора, отличающееся тем, что введен сумматор по модулю два, выход которого является выходом устройства, а первый и второй входы соединены с выходами соответственно первого и второго устройств выборки/хранения, входы которых соединены с выходом компаратора, первый и второй входы которого соединены с выходами соответственно первого и второго корреляторов.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к электросвязи, а именно к цифровой радиосвязи, и может быть использовано в системах передачи сигналов с минимальной частотной модуляцией (МЧМ) без разрыва фазы.

Известно устройство для приема частотно-манипулированных сигналов (Финк Л.М. Теория передачи дискретных сообщений. М., Сов. радио, 1970, с.155-156), содержащее синхронизатор, первый и второй корреляторы, первый и второй блоки вычисления модуля сигнала, блок вычитания, компаратор, тактовый вход которого подключен к тактовому выходу синхронизатора и к тактовым входам первого и второго корреляторов, информационные входы которых соединены с входом устройства, а опорные входы - соответственно с первым и вторым опорными выходами синхронизатора, при этом выход триггера является выходом устройства.

Недостатком известного устройства для приема частотно-манипулированных сигналов является недостаточная верность демодулированных сигналов, т.к. при приеме не учитывается корреляционная связь между элементарными сигналами (символами) принимаемых сигналов с МЧМ без разрыва фазы.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для приема сигналов с минимальной угловой модуляцией (патент РФ №2234198 С1, кл. H 04 L 27/14, 2004), содержащее синхронизатор, первый и второй корреляторы, первый и второй сумматоры, первое, второе, третье и четвертое устройства выборки/хранения, компаратор, перемножитель и относительный декодер, тактовый вход которого подключен к тактовому выходу синхронизатора и к тактовым входам первого и второго корреляторов, информационные входы которых соединены с входом устройства и входом синхронизатора, а опорные входы - соответственно с первым и вторым опорными выходами синхронизатора, при этом выход первого сумматора подключен к прямому входу компаратора, выход перемножителя - к инверсному входу компаратора, первый вход перемножителя - к выходу второго сумматора, второй вход перемножителя - к управляющим входам первого и второго устройств выборки/хранения и к прямому управляющему выходу синхронизатора, инверсный управляющий выход которого соединен с управляющими входами третьего и четвертого устройств выборки/хранения, выходы которых подключены к первым входам соответственно первого и второго сумматоров, вторые входы которых соединены с выходами соответственно первого и второго устройств выборки/хранения, информационные входы которых подключены к выходам соответственно первого и второго корреляторов и к информационным входам соответственно третьего и четвертого устройств выборки/хранения, причем первым информационным выходом устройства является выход компаратора, который подключен к информационному входу относительного декодера, выход которого является вторым информационным выходом устройства, синхровыход которого соединен с тактовым выходом синхронизатора.

Известное устройство при работе в режиме приема сигналов с МЧМ без разрыва фазы обеспечивает более высокую верность прима таких сигналов за счет учета корреляционной связи между их элементарными сигналами (символами).

Однако недостатком известного устройства при приеме сигналов с МЧМ также является недостаточная верность демодулированных сигналов, т.к. прием сигналов с МЧМ без разрыва фазы осуществляют в два этапа: вначале сигнал с МЧМ принимают как сигнал с минимальной фазовой модуляцией, затем выполняют относительное декодирование этого сигнала. В результате применения относительного декодирования происходит удвоение числа ошибок при опознании элементарных сигналов (символов) в принимаемом сигнале с МЧМ.

Для устранения указанного недостатка необходимо обеспечить непосредственный оптимальный корреляционный прием сигналов с МЧМ.

Задачей изобретения является повышение верности приема сигналов с МЧМ.

Достигается решение поставленной задачи тем, что в устройство для приема сигналов с минимальной частотной модуляцией, содержащее синхронизатор, компаратор, первое и второе устройства выборки/хранения, управляющие входы которых соединены соответственно с прямым и инверсным управляющими выходами синхронизатора, первый и второй корреляторы, тактовые входы которых подключены к синхровыходу устройства и к тактовому выходу синхронизатора, первый и второй опорные выходы которого соединены с опорными входами соответственно первого и второго корреляторов, информационные входы которых подключены ко входу устройства и ко входу синхронизатора, введен сумматор по модулю два, выход которого является выходом устройства, а первый и второй входы соединены с выходами соответственно первого и второго устройств выборки/хранения, входы которых соединены с выходом компаратора, первый и второй входы которого соединены с выходами соответственно первого и второго корреляторов.

Предлагаемое устройство для приема сигналов с МЧМ непосредственно реализует их оптимальный корреляционный прием и обеспечивает повышение верности приема таких сигналов.

Сравнительный анализ с прототипом показал, что предлагаемое устройство для приема сигналов с МЧМ включает в себя новые существенные признаки, изложенные в формуле изобретения. Следовательно, техническое решение соответствует критерию "новизна".

Так как требуемый технический результат достигается всей вновь введенной совокупностью существенных признаков, которые в известной патентной и научной литературе на дату подачи заявки не обнаружены, то предлагаемое техническое решение соответствует критерию "изобретательский уровень".

На фиг.1 показана электрическая структурная схема предлагаемого устройства для приема сигналов с МЧМ, на фиг.2 - временные диаграммы, поясняющие его работу, на фиг.3, 4 - решетчатые диаграммы принимаемого сигнала с МЧМ на трех символьных интервалах, а на фиг.5 - электрическая структурная схема прототипа.

Устройство для приема сигналов с МЧМ (см. фиг.1) содержит синхронизатор 1, первый и второй корреляторы 2 и 3, компаратор 4, первое и второе устройства 5 и 6 выборки/хранения и сумматор по модулю два 7. С входом устройства соединены вход синхронизатора 1 и информационные входы первого и второго корреляторов 2 и 3. Тактовый выход синхронизатора 1 подключен к тактовым входам первого и второго корреляторов 2 и 3 и является синхровыходом устройства, а его прямой и инверсный управляющие выходы соединены соответственно с управляющими входами первого и второго устройств 5 и 6 выборки/хранения. Первый и второй опорные выходы синхронизатора 1 соединены с опорными входами соответственно первого и второго корреляторов 2 и 3. Выходы первого и второго корреляторов 2 и 3 подключены соответственно к первому и второму входам компаратора 4, выход которого соединен с входами первого и второго устройств 5 и 6 выборки/хранения. Выходы первого и второго устройств 5 и 6 выборки/хранения соединены соответственно с первым и вторым входами сумматора 7 по модулю два, выход которого является выходом устройства.

Работает устройство для приема сигналов с МЧМ следующим образом. Принимаемый сигнал с МЧМ, значение передаваемого логического символа "0" или "1" в котором заложено в частоту соответствующего элементарного сигнала (символа), при отсутствии шума на любом к-м символьном интервале длительностью Т может быть представлен одним из четырех элементарных сигналов

где А - амплитуда сигнала;

- начальная фаза сигнала на границе к-го символьного интервала,

₁ и ₀ - круговые частоты элементарных сигналов, соответствующих передаваемым логическим символам "1" и "0", причем их разность ₁- ₀=2 /2Т= /Т.

Любые два последовательных элементарных сигнала коррелированы друг с другом, что отражает решетчатая диаграмма сигнала с МЧМ (см. фиг.3).

Узлам указанной решетчатой диаграммы соответствуют элементарные сигналы S₁, S₂ , S₃ или S₄, передаваемые в соответствующих (к=0, 1, 2, 3, ...) символьных интервалах длительностью Т, а ребрам - разрешенные мгновенные переходы между указанными элементарными сигналами, передаваемыми в смежных символьных интервалах.

При этом показанные пунктирными линиями ребра, входящие в узлы слева, соответствуют передаваемым логическим символам "1" (элементарным сигналам S₂ или S₃), а ребра, показанные сплошными линиями, - передаваемым логическим символам "0" (элементарным сигналам S₁ или S ₄).

Разрешенные последовательности элементарных сигналов сигнала с МЧМ определяются разрешенными путями на решетчатой диаграмме.

Для определения принятого на к-м символьном интервале логического символа необходимо определить, с какой из разрешенных последовательностей элементарных сигналов наиболее коррелирована реализация принятого сигнала с МЧМ на к-м и (к+1)-м символьных интервалах.

Для этого на информационные входы первого и второго корреляторов 2 и 3 подают принимаемый сигнал с МЧМ (фиг.2, а), при этом на тактовые входы первого и второго корреляторов 2 и 3 с тактового выхода синхронизатора 1 подают тактовые импульсы (фиг.2, б) с периодом следования Т, а на опорные входы первого и второго корреляторов 2 и 3 с соответствующих выходов синхронизатора 1 на к-м символьном интервале подают опорные элементарные сигналы (фиг.2, в и фиг.2, г)

где А₀ и - амплитуда и начальная фаза опорных элементарных сигналов.

Значения сигналов (фиг.2, д и фиг.2, е) на выходах первого и второго корреляторов 2 и 3 в конце к-го символьного интервала равны соответственно значениям корреляционных метрик (значениям корреляционных интегралов между принимаемым сигналом и элементарными опорными сигналами S_oп1 И S_oп3 ) узлов S₁ и S₃.

Значение разностного сигнала (фиг.2, ж), равного разности выходных сигналов (см. фиг.2, д и фиг.2, е) корреляторов 2 и 3, в конце к-го символьного интервала соответствует разности значений корреляционных метрик узлов S ₁ и S₃ и определяет значение сигнала (фиг.2, з) на выходе компаратора 4, которое в конце к-го символьного интервала равно "1" в случае, если разность значений корреляционных метрик узлов S₁ и S₃ больше нуля, и равно "0" в обратном случае.

Значения выходных сигналов (фиг.2, и; фиг.2, к) первого и второго устройств 5 и 6 выборки/хранения постоянны в течение двух последовательных соответственно (к+1)-, (к+2)- и (к+2)- и (к+3)-го символьных интервалов и равны значениям сигнала (см. фиг.2, з) на выходе компаратора 4 в конце предшествующих соответственно к-го и (к+1)-го символьных интервалов, т.е. в моменты времени, соответствующие поступлению на управляющие входы первого и второго устройств 5 и 6 выборки/хранения с прямого и инверсного управляющих выходов синхронизатора 1 положительных фронтов соответствующих управляющих сигналов (фиг.2, л; фиг.2, м), представляющих собой взаимно инверсные меандры с частотой 1/(2Т), уровни которых меняются в моменты окончания символьных интервалов.

Выходные сигналы (см. фиг.2, и; фиг.2, к) первого и второго устройств 5 и 6 выборки/хранения подают соответственно на первый и второй входы сумматора 7 по модулю два.

На выходе сумматора 7 по модулю два получают выходной сигнал (фиг.2, н), значение которого постоянно в течение любого (к+2)-го символьного интервала и равно значению оценки символа сигнала с МЧМ, принятого на к-м символьном интервале.

На синхровыход устройства с тактового выхода синхронизатора 1 подают тактовые импульсы (см. фиг.2, б) с периодом следования Т.

Устройство для приема сигналов с МЧМ реализует следующий алгоритм.

1. Последовательно на каждом текущем (к=0, 1, 2, 3, ...) символьном интервале длительностью Т, соответствующем очередным четырем вертикально расположенным узлам S₁ (k), S₂(k), S₃(k) и S₄(k) решетчатой диаграммы (см. фиг.3) вычисляют и сравнивают две корреляционные метрики a₁(k) и a₂(k) узлов S₁ (k) и S₂(k) (два корреляционных интеграла между входным сигналом и опорными элементарными сигналами S_oп1 и S_oп3). В конце каждого (k=0, 1, 2, 3, 4,... ) символьного интервала выбирают два выживших на нем узла S₁(k) и S₂(k) или S₃(k) и S₄(k) из четырех возможных узлов S₁(k), S₂(k), S ₃(k) или S₄(k) по следующему правилу: если корреляционная метрика a₁(k) узла S₁(k) больше корреляционной метрики a₃(k) узла S₃(k), то выбирают узлы S₁(k) и S₂(k), в противном случае выбирают узлы S₃(k) и S₄(k) (фиг.4, а и фиг.4, б).

2. Последовательно запоминают пару выбранных на к-м символьном интервале узлов S₁(k), S₂(k) или S ₃(k), S₄(k) (результат сравнения корреляционных метрик) на время, равное длительности двух последующих (k+1=1, 2, 3, 4, ... и k+2=2, 3, 4, 5 ...) символьных интервалов.

3. Последовательно на каждом (к+2)-м символьном интервале сравнивают две пары выбранных на предшествующих к-м и (к+1)-м символьных интервалах выживших узлов и определяют принятый логический символ по правилу: если последовательно выжили одинаковые пары узлов S₁(k), S₂(k) и S₁(k+1), S₂(k+1) или S₃(k), S₄(k) и S ₃(k+1), S₄(k+1), то принят логический символ "0", в противном случае принят логический символ "1".

Предлагаемый алгоритм позволяет в соответствии с разрешенными по решетчатой диаграмме переходами и перечнем выживших узлов на двух последовательных тактовых интервалах определить единственный выживший на первом тактовом интервале узел и значение соответствующего логического символа, поскольку каждому узлу решетчатой диаграммы соответствует один возможный элементарный сигнал.

Например, на фиг.4 показаны результаты выполнения первого и второго шагов алгоритма, в результате выполнения которых на к-м символьном интервале (см. фиг.4, а) выбраны узлы S₃(k) и S ₄(k), а на (к+1)-м символьном интервале (см. фиг.4, б) также выбраны узлы S₃(k+1) и S₄(k+1). На третьем шаге работы алгоритма принимают решение о приеме логического символа c(k)=0, т.к. пары выживших узлов S₃(k), S ₄(k) и S₃(k+1), S₄(k+1) одинаковы.

Устройство для приема сигналов с МЧМ может быть реализовано на известных функциональных элементах.

Возможный пример выполнения синхронизатора 1 известен из прототипа, другие составные части предлагаемого устройства могут быть реализованы на стандартных функциональных элементах.

Изложенные выше сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленного технического решения следующей совокупности условий:

- предлагаемое устройство предназначено для использования в промышленности, а именно в технике связи, в частности, в цифровых системах передачи сигналов с МЧМ,

- для заявленного устройства в том виде, как оно охарактеризовано в независимом пункте изложенной формулы изобретения, подтверждена возможность его осуществления с помощью описанных в заявке или известных до даты приоритета средств и методов.

Следовательно, заявленное техническое решение соответствует критерию "промышленная применимость".

При использовании предлагаемого устройства для приема сигналов с МЧМ обеспечивается реализация оптимального когерентного приема указанных сигналов с учетом корреляционной связи между их символами, что обеспечивает повышение верности приема.