УСТРОЙСТВО УСТАНОВЛЕНИЯ ТАКТОВОЙ СИНХРОНИЗАЦИИ ПО ИНФОРМАЦИОННОМУ СИГНАЛУ С ДВУХПОЗИЦИОННОЙ ФАЗОВОЙ МОДУЛЯЦИЕЙ

Полезная модель относится к области электрорадиотехники, а именно к технике радиосвязи, и может быть использована в системах передачи данных, использующих сигналы с двухпозиционной фазовой модуляцией, для установления и поддержания тактовой синхронизации.
Для обеспечения устойчивой работы систем передачи данных необходимо устанавливать и поддерживать тактовую синхронизацию, т.е. определять время начала/окончания элементарного сигнала.
Наиболее близким к заявленному техническому решению является устройство тактовой синхронизации (патент РФ на изобретение №2423798), принятое за прототип. Устройство содержит аналогово-цифровой преобразователь, сумматор, блок принятия решения. К недостаткам прототипа относится то, что в устройстве не обеспечивается адаптивное изменение порогов оценивания амплитуды, что приводит к снижению точности установки тактовой синхронизации при наличии замираний амплитуды сигнала в канале связи, и как следствие к снижению помехоустойчивости в целом.
Целью полезной модели является установление и поддержание тактовой синхронизации в процессе работы системы передачи данных, по информационным сигналам с двухпозиционной фазовой модуляцией.
Поставленная цель достигается тем, что в устройство установления тактовой синхронизации, содержащее аналогово-цифровой преобразователь, блок вычитания, сумматор, блок принятия решения введены первый блок накопления, вход которого подключен к выходу аналогово-цифрового преобразователя, при этом выход первого блока накопления подключен ко входу первого блока вычисления спектра, при этом, выход аналогово-цифрового преобразователя также соединен со входом линии задержки, выход которой соединен со входом второго блока накопления, выход которого соединен со входом второго блока вычисления спектра, при этом первый выход первого блока вычисления спектра соединен с первым входом блока вычитания, второй выход первого блока вычисления спектра соединен с первым входом блока сложения, первый выход второго блока вычисления спектра соединен со вторым входом блока вычитания, а второй выход второго блока вычисления спектра соединен со вторым входом блока сложения, при этом, выход блока вычитания подключен к первому входу блока сравнения, а выход блока сложения подключен ко второму входу блока сравнения, при этом первый выход блока сравнения подключен ко входу третьего блока накопления, выход которого соединен со входом первого сумматора, выход которого соединен с первым входом делителя, при этом второй выход блока сравнения подключен ко входу четвертого блока накопления, выход которого соединен со входом второго сумматора, выход которого соединен со вторым входом делителя, при этом выход делителя соединен со входом пятого блока накопления, выход которого соединен со входом блока принятия решения.
Структурная схема предлагаемого устройства изображена на фиг.
Устройство установления тактовой синхронизации содержит аналогово-цифровой преобразователь 1, выход которого подключен ко входу блока накопления 2, при этом выход блока накопления 2 подключен ко входу блока вычисления спектра 3. При этом, выход аналогово-цифрового преобразователя 1 также соединен со входом линии задержки 5, выход которой соединен со входом блока накопления 6, выход которого соединен со входом блока вычисления спектра 2, при этом первый выход блока вычисления спектра 3 соединен с первым входом блока вычитания 4, второй выход блока вычисления спектра 3 соединен с первым входом блока сложения 8, первый выход блока вычисления спектра 7 соединен со вторым входом блока вычитания 4, а второй выход блока вычисления спектра 7 соединен со вторым входом блока сложения 8. При этом, выход блока вычитания 4 подключен к первому входу блока сравнения 9, а выход блока сложения 8 подключен ко второму входу блока сравнения 9, при этом первый выход блока сравнения 9 подключен ко входу блока накопления 10, выход которого соединен со входом сумматора 12, выход которого соединен с первым входом делителя 14. При этом второй выход блока сравнения 9 подключен ко входу блока накопления 11, выход которого соединен со входом сумматора 13, выход которого соединен со вторым входом делителя 14. При этом выход делителя 14 соединен со входом блока накопления 15, выход которого соединен со входом блока принятия решения 16.
Структура устройства тактовой синхронизации определяется следующим образом.
Если для передачи данных используется многочастотный или одночастотный сигнал с двухпозиционной фазовой модуляцией (ФМ), то комплексный спектральный коэффициент сигнала s(t) на используемой частоте ω на длительности (k)-ой посылки определяется выражением:
,
где T - длительность посылки.
Определим амплитуду спектральной составляющей на используемой частоте: .
В определенные промежутки времени на выходе модулятора разность начальных фаз двух соседних посылок сигнала с равной вероятностью принимает значения 0 или π. Будем считать, что амплитуды на двух соседних посылках равны. Тогда складывая спектральные коэффициенты сигналов соседних посылок на передающей стороне, можно вычислить амплитуду суммы спектральных составляющих сигнала на используемой частоте ω, которая будет принимать следующие значения:
,
где Δφ - задаваемая разность фаз между соседними посылками при модуляции на передающей стороне.
После прохождения канала связи разность фаз Δφ будет отличаться от заданных значений, и  становится случайной величиной. Тогда амплитуду суммы спектральных составляющих сигнала на соседних посылках, вычисленную на приемной стороне, можно представить следующим выражением:
.
где ,  - комплексные спектральные составляющие шума на (k)-ой и (k+1)-ой посылке.
Учитывая, что если
Δφ=π, то ,
Δφ=0, то ,
получим:
Для дальнейшего анализа введем следующие величины:
,
В принятых обозначениях:
Аналогичным образом можно вычислить амплитуду разности сигналов на этих же соседних посылках:
Таким образом, при демодуляции ФМ сигналов такими действиями всегда можно получить две случайные величины. При этом, в среднем выполняется равенство: β>α. Однако, если вычислять  и , со случайного момента времени, не соответствующего времени начала элементарной посылке, то данное неравенство в среднем не будет выполняться. Данным фактом можно воспользоваться для установления времени начала посылки. Для этого можно вычислять спектральные составляющие на всех используемых частотах, и просуммировать большие и отдельно меньшие значения из каждой пары β и α на каждой частоте, а затем составить отношение, которое вычислять со сдвигом в один отсчет:
.
1,i
2,i
где s - сумма больших компонент, s - сумма меньших компонент, i - номер отсчета.
i
1,i
2,i
i
В случае, когда номер отсчета i будет соответствовать времени начала посылки, H будет иметь максимум, так как сумма s будет максимальна, а сумма s - минимальна. Таким образом, определяя положение максимума H на длительности элементарной посылки, можно найти ее начало.
Таким образом, изложенные расчеты показывают, что предлагаемое устройство позволяет устанавливать и поддерживать тактовую синхронизацию во время функционирования систем связи в режиме, где используются сигналы с двухпозиционной фазовой модуляцией.
Работа устройства осуществляется следующим образом.
Принимаемый сигнал подают на аналогово-цифровой преобразователь 1, в котором получают отсчеты сигнала, которые затем одновременно поступают на блок накопления 2 и линию задержки 5. В блоке накопления 2 производят накопление принятых отсчетов сигнала на длительности элементарного символа. Далее накопленный массив отсчетов передают в блок вычисления спектра 3, в котором соответственно вычисляют спектральные коэффициенты сигнала на всех используемых частотах на текущем сигнале. При этом, в линии задержка равна длительности одного элементарного сигнала, из которых состоит входной сигнал. Затем с линии задержки 5 отсчеты поступают в блок накопления 6. При этом в блоке накопления 6 также производят накопление принятых отсчетов сигнала на длительности элементарного сигнала. Далее накопленный массив отсчетов передают в блок вычисления спектра 7, в котором соответственно вычисляют спектральные коэффициенты сигнала на всех используемых частотах на предыдущем сигнале. Далее полученные массивы спектральных коэффициентов с блока вычисления спектра 3 и с блока вычисления спектра 7 передают в блок вычитания 4, в котором производят поэлементное вычитание полученных массивов. При этом, одновременно с этим полученные массивы спектральных коэффициентов с блока вычисления спектра 3 и с блока вычисления спектра 7 передают в блок сложения 8, в котором производят поэлементное сложение полученных массивов. Далее результаты сложения и вычитания в виде полученных массивов передают в блок сравнения 9, в котором поэлементно и по модулю сравнивают значения массивов, на соответствующих частотах, и получают два новых массива, при этом, элементы первого массива больше или равны по модулю соответствующим элементам второго массива. Далее первый массив, соответствующий большим элементам передают в блок накопления 10, а второй массив, соответствующий меньшим элементам передают в блок накопления 11, при этом в блоках накопления 10 и 11 производят накопление принятых массивов на длительности интервала анализа, соответствующего нескольким элементарным сигналам. Далее накопленные массивы поступают соответственно в сумматор 12 и сумматор 13, в которых производят суммирование принятых массивов. Результаты суммирования далее передают в делитель 14, в котором производят деление величины, полученной от сумматора 12 на величину, полученную от сумматора 13, а полученный результат передают в блок накопления 15, в котором производят накопление принятых значений на длительности элементарного сигнала. Затем, полученный массив значений передают в блок принятия решения 16, в котором определяют положение максимального значения в массиве, получая, таким образом, искомое положение тактовой синхронизации.
Предлагаемое устройство может быть использовано для систем связи, использующих одночастотные или многочастотные сигналы с двухпозиционной фазовой модуляцией. Отличительной особенностью описанного устройства является возможность устанавливать и поддерживать тактовую синхронизацию непосредственно по информационному сигналу без введения дополнительной избыточности. При этом сигнал может быть одночастотным или многочастотным, и вся выделенная частотная полоса может быть использована для передачи информационного сигнала. Наличие такого устройства позволяет отказаться от применения тестовых сигналов для установления и поддержания тактовой синхронизации.
Заявляемое устройство обеспечивает установление и поддержание тактовой синхронизации, по информационному сигналу с двухпозиционной фазовой модуляцией, вне зависимости от наличия замираний амплитуды сигнала в канале связи.