Когерентный детектор сигналов с фазовой манипуляцией на 180º

 

Известно, что абсолютная ФМн на 180° обеспечивает максимально возможную помехоустойчивость приема сигналов, но она не используется на практике из-за обратной работы когерентного детектора. В данной заявке предложен когерентный детектор, исключающие эту обратную работу, что позволяет использовать абсолютную ФМн на 180° на практике и увеличить помехоустойчивость приема сигналов на 2 дБ по сравнению с ОФМн. Это достигается тем, что продетектированный цифровой сигнал (ЦС), искаженный помехами и обратной работой когерентного детектора, отфильтровывается от помех ФНЧ и регенерируется, т.е. восстанавливается его строго прямоугольная форма. Опорное колебание тоже хорошо отфильтровано от помех в канале его формирования и поэтому при перемножении его с продетектированным знакопеременным ЦС строго прямоугольной формы получается колебание с абсолютной ФМн на 180° без помех и искажений от обратной работы, которое затем детектируется.

Полезная модель (ПМ) относится к области приема радиосигналов.

Известны когерентные детекторы сигналов с абсолютной фазовой манипуляцией (ФМн) на 180°, описанные в различных источниках, например в:

1. Окунев Ю.Б. Цифровая передача информации фазоманипулированными сигналами. - М.: Радио и связь, 1991.

2. Горелов Г.В., Волков А.А., Шелухин В.И. Каналообразующие устройства железнодорожной телемеханики и связи. - М.: ГОУ. 2007.

По технической сущности наиболее близким к ПМ является когерентный детектор, описанный в первом источнике, который по этой причине и принимается за его прототип. В другом источнике описан аналог ПМ.

Прототип - полезная модель (ПМ) состоит из перемножителя сигналов, формирователя опорного колебания (ФОК), фильтра нижних частот (ФНЧ), причем, ФНЧ подключен к выходу перемножителя, входы которого соединены между собой через ФОК.

Сформированное опорное колебание из входного ФМн на 180° сигнала имеет случайные во времени скачки фазы на 180°, при которых ЦС на выходе ФНЧ принимается наоборот: единицы - нулями, а нули - единицами. Это явление получило название обратной работы когерентного детектора сигналов с абсолютной ФМн на 180°, которая полностью нарушает связь и поэтому данный вид модуляции на практике не используется. Вместо абсолютной на практике используют относительную ФМн (ОФМн) на 180°, которая не полностью устраняет обратную работу, обеспечивает вероятность ошибки приема сигналов в 2 раза большую, чем абсолютная ФМн на 180° при отсутствии обратной работы.

Основным недостатком прототипа является наличие обратной работы когерентного детектора сигналов с абсолютной ФМн на 180°, не позволяющая использовать ее на практике для получения максимальной возможной помехоустойчивости приема данных сигналов. Используемая на практике ОФМн обеспечивает в 2 раза большую вероятность ошибки приема сигналов по сравнению с абсолютной ФМн и не полностью устраняет обратную работу когерентного детектора.

Техническим результатом ПМ является реализация максимально возможной помехоустойчивости приема сигналов за счет исключения обратной работы когерентного детектора сигналов с абсолютной ФМн на 180°, что позволяет использовать ее на практике.

Сущность ПМ состоит в том, что в когерентный детектор сигналов с абсолютной фазовой манипуляцией (ФМн) на 180°, состоящий из перемножителя сигналов, формирователя опорного колебания (ФОК), фильтра нижних частот (ФНЧ), подключенного к выходу перемножителя сигналов, информационный вход которого соединен с его опорным входом через ФОК, дополнительно введены регенератор цифрового сигнала (ЦС), фазовый манипулятор на 180°, квадратор, блок извлечения корня квадратного из входного сигнала, триггер - делитель частоты на два, перемножитель сигналов, фазовый детектор (ФД) и три блока задержки по времени, причем, к выходу ФНЧ подключены последовательно регенератор ЦС, фазовый манипулятор на 180°, квадратор, блок извлечения корня квадратного, триггер, перемножитель сигналов, фазовый детектор; второй вход фазового манипулятора соединен с выходом ФОК через первый блок задержки по времени, второй вход введенного перемножителя соединен с выходом квадратора через второй блок задержки по времени, а второй вход ФД соединен с выходом фазового манипулятора на 180° через третий блок задержки по времени.

Существенным отличием ПМ являются введенные элементы и их связи, так как только они позволяют полностью исключить обратную работу когерентного детектора сигналов с абсолютной ФМн на 180° и достичь указанного технического эффекта - обеспечения максимально возможной помехоустойчивости приема сигналов.

Полезная модель иллюстрируется чертежами фигур 1, 2.

На фиг.1 представлена структурная схема ПМ, а на фиг.2 - временные диаграммы, поясняющие ее работу.

На фиг.1 обозначено:

1, 12 - перемножители сигналов;

2 - формирователь опорного колебания;

3 - фильтр нижних частот (ФНЧ);

4 - регенератор цифрового сигнала;

5, 9, 10 - блоки задержки по времени;

6 - фазовый манипулятор сигнала на 180°;

7 - блок возведение в квадрат входного сигнала (квадратор);

8 - блок извлечения корня квадратного из входного сигнала;

11 - триггер - делитель частоты на 2;

13 - фазовый детектор.

Введенные элементы обведены пунктирной линией.

Работа схемы происходит следующим образом.

Входной сигнал uвх(t) с абсолютной ФМн на 180°, показанный на фиг.1б и соответствующий переданному (фиг.2а), поступает на информационный вход перемножителя сигналов 1 непосредственно и параллельно на опорный его вход через ФОК 2 в виде колебания несущей частоты u2(t)=U2sint. В развернутом виде Uвх(t)=Usin(t+(t)-). Так как (t)=±1 - знак модулирующего сигнала, то изменение фазы колебания несущей частоты с 0 на 180° задается выражением (t)-, где =90°. На выходе перемножителя 1 имеет место колебание

u1(t)=uвх(t)u2(t)=Usin(t+(t)-)U2sint=

=0,5UU2Cos((t)-)-0,5UU2Cos(2t+(t)-).

ФНЧ 3 пропускает на свой выход только первое слагаемое, отчего на выходе фазового детектора, состоящего из блоков 1, 2, 3, будет н.ч. ЦС u3(t)=U3 cos(1(t)-)=U3sin(1(t))=1(t)U3, так как =/2 и U3=0,5UU2. Из-за спонтанных скачков на 180 опорного колебания U2(t) закономерность (t) нарушается, что показано на фиг.2в в виде крестика и отмечено нижним индексом 1 у (t). При детектировании с помощью такого опорного колебания с крестиком получается ЦС на выходе блока 6 искаженным (фиг.2г), не совпадающим с переданным (фиг.2а). Кроме того, продетектированный ЦС из (1) искажен помехами и условиями передачи. Поэтому в регенераторе 4 ЦС из (1) освобождается от помех и искажений и затем поступает на информационный вход фазового манипулятора 6 на 180°, на высокочастотный вход которого подается опорное колебание с выхода блока 2 через блок задержки по времени 5. Фазовый манипулятор на 180° 6 выполнен в виде перемножителя знакопеременного ЦС u4(t) и опорного колебания u2(t), поэтому на его выходе сигнал u6(t)=u4(t)u2 (t)=U6sin(t+(t)-), что совпадает с входным сигналом uвх(t). Здесь U6=U4U2.

Случайные скачки фазы на 180° опорного колебания u2 (t) вызывают такие же скачки фазы н.ч. сигнала u3(t) и u4(t) (фиг.2в, г). Поэтому в блоке 6 перемножаются между собой сигналы u4(t) и u2(t) одного знака, вызванного случайным скачком фазы на 180° опорного колебания u2(t), что исключает эти скачки в сигнале u6(t). Такой идеальный ФМн на 180° сигнал u 6(t) поступает на вход квадратора 7, на выходе которого имеют место однополярные синусоидальные полуволны, как на выходе двухполупериодного выпрямителя (фиг.2д).

Эти полуволны поступают на опорный вход блока 8 извлечения из них корня квадратного, на выходе которого острые концы полусинусоид увеличиваются согласно выражению Этими острыми концами запускается триггер 11, который делит их частоту в 2 раза, как показано на фиг.2е в виде знакопеременных прямоугольных импульсов. Эти прямоугольные импульсы поступают на один вход перемножителя сигналов 12, на другой вход которого подаются однополярные синусоиды с выхода квадратора 7 через блок задержки по времени 9. При перемножении положительных полусинусоид с отрицательными значениями этих импульсов полусинусоиды меняют свой знак на отрицательный, отчего на выходе блока 12 образуется гармоническое колебание несущей частоты (фиг.2ж), которое является опорным для фазового детектора 13. На информационный вход блока 12 подается идеальный сигнал с ФМн на 180° с выхода блока 6 через блок задержки по времени 10. Фазовый детектор 13 состоит из перемножителя сигналов и ФНЧ на его выходе. Поэтому на выходе его ФНЧ имеет место цифровой сигнал (фиг.2з), точно совпадающий с переданным ЦС фиг.2а. Согласно вышеизложенному обратная работа блока 13 исключена.

Отметим также, что в качестве блока ФОК 2 может быть любой известный формирователь по способам Пистолькорса, Сифорова, Агеева, Костаса и др.

Технико-экономическим эффектом изобретения является обеспечение максимально возможной помехоустойчивости приема сигналов за счет устранения обратной работы когерентного детектора сигналов с абсолютной ФМн на 180°. По сравнению с относительной ФМн (ОФМн) на 180°, которая является наиболее помехоустойчивой из всех используемых на практике, выигрыш составляет 2 дБ.

Когерентный детектор сигналов с абсолютной фазовой манипуляцией (ФМн) на 180°, состоящий из перемножителя сигналов, формирователя опорного колебания (ФОК), фильтра нижних частот (ФНЧ), подключенного к выходу перемножителя сигналов, информационный вход которого соединен с его опорным входом через ФОК, отличающийся тем, что в него дополнительно введены регенератор цифрового сигнала (ЦС), фазовый манипулятор на 180°, квадратор, блок извлечения корня квадратного из входного сигнала, триггер-делитель частоты на два, перемножитель сигналов, фазовый детектор (ФД) и три блока задержки по времени, причем к выходу ФНЧ подключены последовательно регенератор ЦС, фазовый манипулятор на 180°, квадратор, блок извлечения корня квадратного, триггер, перемножитель сигналов, фазовый детектор; второй вход фазового манипулятора соединен с выходом ФОК через первый блок задержки по времени, второй вход введенного перемножителя соединен с выходом квадратора через второй блок задержки по времени, а второй вход ФД соединен с выходом фазового манипулятора на 180° через третий блок задержки по времени.



 

Похожие патенты:

Полезная модель относится к СВЧ технике, а именно к РЛС (радиолокационным станциям) с программируемой временной диаграммой, в которых формирование временной диаграммы работы радиолокационной станции во время ее работы в реальном времени позволяет настраивать РЛС согласно особенностям сканируемого пространства и поставленным задачам, и может применяться в радиолокационных системах с цифровым синтезатором сигнала и цифровыми методами синхронизации и управления РЛС.

Полезная модель относится к области электрорадиотехники, а именно к технике радиосвязи, и может быть использована в системах передачи данных, использующих сигналы с ортогональным частотным разделением каналов, при работе в заданной полосе частот без введения избыточности, для установления и поддержания тактовой синхронизации

Триггер // 98655
Наверх