УСТРОЙСТВО ДЛЯ НЕКОГЕРЕНТНОГО ПРИЕМА СИГНАЛОВ АМПЛИТУДНОЙ ТЕЛЕГРАФИИ
AMPLITUDE TELEGRAPHY SIGNAL INCOHERENT RECEPTION DEVICE

Изобретение относится к технике связи и может быть использовано для регистрирующего приема сигналов амплитудной телеграфии.
Известно устройство для приема сигналов амплитудной телеграфии, содержащее каскадно-соединенные полосовой фильтр, усилитель, амплитудный детектор, фильтр нижних частот, симметрирующий каскад и пороговый элемент, выход которого через узел защиты пауз соединен с управляющим входом симметрирующего каскада, причем выход усилителя соединен также с детектором системы автоматической регулировки усиления, выход которого через интегрирующий элемент подключен к управляющему входу усилителя [1].
Недостатком устройства, как отмечено в [1], является сравнительно низкая помехоустойчивость приема. Это связано с тем, что при приеме сигнала амплитудной телеграфии (AT) используется пороговый принцип воспроизведения переданных сигналов. Причем величина оптимального порога срабатывания зависит как от амплитуды сигнала на выходе усилителя промежуточной частоты (УПЧ), так и от среднеквадратического значения шума в канале связи. В упомянутом устройстве симметрирующий каскад совместно с УПЧ, охваченном цепью автоматической регулировки усиления (АРУ), обеспечивает недостаточно точное "отслеживание" оптимального порога регистрации при изменении помеховой ситуации в канале связи.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является устройство для приема сигналов AT, содержащее каскадно-соединенные полосовой фильтр, усилитель, амплитудный детектор, фильтр нижних частот и пороговый элемент, а также квадратичный детектор, вход которого соединен с выходом усилителя, а выход через интегрирующий элемент подключен к управляющему входу усилителя, кроме того, между выходом квадратичного детектора и управляющим входом порогового элемента включены каскадно-соединенные кубический каскад, интегратор и формирователь порога [2].
Недостатками данного устройства, выбранного в качестве прототипа, являются [3]:
- имеет место изменение уровня напряжения на выходах интеграторов и, соответственно, формирователя порога на интервале длительности элемента сигнала, обусловленное тем, что сигнал AT в сумме с помехой относится к классу нестационарных случайных процессов;
- трудность технической реализации формирователя порога, амплитудная характеристика которого описывается достаточно сложным математическим выражением.
Отмеченные недостатки приводят к возникновению погрешности измерения отношения уровня сигнала к уровню шума на выходе усилителя и ухудшают помехоустойчивость приема сигналов AT.
Целью заявляемого устройства является повышение помехоустойчивости приема сигналов AT при одновременном упрощении приемного устройства.
Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее каскадно-соединенные полосовой фильтр, усилитель с управляемым коэффициентом усиления, амплитудный детектор, фильтр нижних частот и пороговый элемент, между выходом УПЧ и его управляющим входом включены каскадно соединенные формирователь счетных импульсов, счетчик импульсов, сумматор, регистр и цифроаналоговый преобразователь, причем входы сумматора с одной стороны соединены с выходами счетчика, а с другой стороны - с выходами регистра, управляющий вход регистра соединен с выходом двухвходового логического элемента ИЛИ, один из входов которого подключен к выходу формирователя импульсов записи, а второй вход соединен с выходом логического элемента исключающее ИЛИ, входы которого подключены к двум старшим разрядам счетчика импульсов, управляющий вход последнего через формирователь импульсов записи подключен к выходу порогового элемента.
Сопоставительный анализ заявляемого устройства и его прототипа показал, что управляемый счетчик импульсов, сумматор и регистр с цифроаналоговым преобразователем в прототипе не используются, а заявленное устройство соответствует критериям "новизна" и "существенные" отличия.
Использование в заявленном устройстве регистра с цифроаналоговым преобразователем приводит к положительному эффекту, состоящему в обеспечении постоянства напряжения на управляющем входе УПЧ на интервале длительности информационной посылки, а счетчик импульсов с сумматором обеспечивают более точное "отслеживание" оптимального порога регистрации, чем в известных устройствах.
Вновь введенные признаки позволяют увеличить помехоустойчивость приема сигналов амплитудной телеграфии, приблизив ее к оптимальной.
Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 изображена функциональная схема устройства для некогерентного приема сигнала амплитудной телеграфии, на фиг.2 - временная диаграмма сигнала X(t) на выходе усилителя промежуточной частоты.
Устройство содержит каскадно-соединенные полосовой фильтр 1, усилитель промежуточной частоты с управляемым коэффициентом усиления (УПЧ) 2, амплитудный детектор 3, фильтр нижних частот (ФНЧ) 4, пороговый элемент 5. УПЧ 2 охвачен цепью автоматической регулировки усиления, представляющей собой каскадно-соединенные формирователь счетных импульсов (ФСИ) 6, счетчик импульсов 9, сумматор 13, регистр 14, цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) 8. Выход ФСИ 6 соединен с входом обратного счета счетчика 9. Входы сумматора 13 с одной стороны соединены с выходами счетчика 9, а с другой стороны с выходами регистра 14. Управляющий вход регистра соединен с выходом логического элемента ИЛИ 11, один из входов которого подключен к выходу формирователя импульсов записи (ФИЗ) 7. Второй вход элемента ИЛИ 11 соединен с выходом логического элемента исключающее ИЛИ 10. Входы элемента 10 подключены к двум старшим разрядам счетчика 9. Вход предварительной записи счетчика 9 через формирователь импульса записи 7 подключен к выходу порогового элемента 5. Входы параллельной записи счетчика подключены к блоку установки начального состояния (УНС) 12.
Устройство работает следующим образом. Входной сигнал, представляющий собой сумму амплитудно-манипулированного гармонического колебания и аддитивной помехи, подается через полосовой фильтр 1 и УПЧ 2 на вход амплитудного детектора 3. Амплитудный детектор 3 совместно с ФНЧ 4 преобразует амплитудно-модулированное колебание в видеосигнал, который подается на вход порогового элемента 5 с фиксированным порогом срабатывания. Пороговый элемент 5 преобразует искаженный помехами видеосигнал в импульсы прямоугольной формы со стандартной амплитудой.
n
0
s
0
s
0
s
n
0
s
0
s
0
s
0
s
0
s
Сигнал X(t) с выхода УПЧ 2 подается также на вход формирователя счетных импульсов 6 с фиксированным порогом срабатывания. На фиг.2 сигнал X(t) приведен в виде временной диаграммы. Анализ ситуации, отображенной на фиг.2, приводит к выводу о том, что при оптимальном пороге срабатывания U число импульсов на выходе ФСИ 6 на интервале времени 2Т равно f·T, где f - несущая частота сигнала, T - длительность элемента сигнала. Если число импульсов N на выходе ФСИ 6 меньше f·T, необходимо или уменьшить значение U, или увеличить коэффициент усиления УПЧ 2. Поскольку второй вариант не требует дополнительного усложнения устройства в целом (реализация ФСИ с фиксированным порогом срабатывания проще, чем с изменяющимся) он и взят за основу при построении заявляемого устройства. Следует отметить, что степень необходимого изменения коэффициента усиления УПЧ 2 однозначно связана с величиной разности f·T-N. Эта разность определяется с помощью счетчика импульсов 9. Это происходит следующим образом. В момент времени t=0 на выходе имеет место положительный перепад напряжения, который поступает на вход формирователя импульса записи 7. Полученный в результате импульс с выхода ФИЗ 7 поступает на управляющий вход счетчика 9. За счет этого происходит запись в счетчик числа М, имеющего место на выходе УНС 12. Значение числа М должно удовлетворять условию М=f·T (требуемое число М устанавливается в УНС 12 с помощью набора перемычек). После этого с приходом каждого импульса от ФСИ 6 число, записанное в счетчик 9, уменьшается на единицу. К моменту времени t=2 Т на выходе счетчика имеет место число f·T-N, представленное в двоичном коде, которое поступает на вход сумматора 13. На второй вход сумматора 13 поступает число R с выхода регистра 14. С появлением следующего положительного перепада на выходе в момент времени t=2T по сигналу с выхода элемента ИЛИ 11 происходит запись обновленного числа R в регистр 14. С помощью ЦАП 8 это число преобразуется в аналоговую величину, которая в виде напряжения АРУ поступает на управляющий вход УПЧ 2, за счет чего увеличивается коэффициент усиления УПЧ, приближаясь к оптимальному. При N>f·T число R, записываемое в регистр 14, будет уменьшаться, что приведет к уменьшению коэффициента усиления УПЧ. При N=f·T число R, а соответственно, и коэффициент усиления УПЧ остаются неизменными.
Следует отметить, что возможна ситуация, когда к моменту очередного положительного перепада напряжения на выходе имело место не чередование посылок и пауз, а длительная пауза. В этом случае при оптимальном коэффициенте усиления число М, записанное в счетчик 9 к приходу положительного перепада, изменится незначительно. Если не предпринять никаких мер, это привело бы к значительному изменению числа R в регистре 14, а соответственно, и к изменению коэффициента усиления УПЧ. Для предотвращения такой возможности введен логический элемент исключающее ИЛИ 10. Дело в том, что при незначительном изменении числа М уровни напряжения на старших разрядах 7, 8 счетчика соответствуют потенциалам логической единицы и логического нуля. Поэтому на выходе элемента 10 (на входе элемента 11) имеет место потенциал логической единицы. Это "запрещает" прохождение импульса с выхода ФИЗ 7 на управляющий вход регистра 14. Таким образом элемент 10 совместно с элементом 11 предотвращает ложное срабатывание, которое могло бы привести к "уходу" коэффициента усиления УПЧ от оптимального. Аналогичную функцию выполняет схема защиты пауз в устройстве, описанном в [1].
0
s
0
s
s
0
s
s
0
s
0
s
Возможна и другая ситуация. Для простоты изложения рассмотрим конкретный пример. Пусть на каком-то участке оси времени имеет место следующая комбинация посылок и пауз: "0", "1", "1", "0", "1" ("0" соответствует паузе, "1" - посылке), причем f·T=100 (т.е. на интервале Ts укладывается 100 периодов несущего колебания). В этом случае в счетчик 9 в момент первого перехода из "0" в "1" записывается число M=f·T=100. При оптимальном коэффициенте усиления на интервале времени T, на котором имеет место первая посылка, число, записанное в счетчик, уменьшится приблизительно на f·T=100. За следующий промежуток времени длительностью 2T, на котором имеет место чередование "1" и "0", это число уменьшится еще на f·T=100. Таким образом к приходу очередного положительного перепада содержимое счетчика Мс=М-2 f·T=100-200=-100. При этом потенциалы на разрядах 7, 8 счетчика соответствуют уровням логического нуля и логической единицы. Поэтому на выходе элемента 10, а соответственно, на входе элемента ИЛИ 11 имеет место потенциал логической единицы. Это предотвращает прохождение импульса с выхода ФИЗ 7 на управляющий вход регистра 14. Следовательно, коэффициент усиления УПЧ в этом случае также остается неизменным.
Из приведенного описания следует, что заявляемое устройство не содержит неизвестных ранее блоков и элементов. Заявляемое устройство позволяет осуществить адаптацию к изменяющейся помеховой ситуации в канале связи за интервал времени, равный удвоенному значению длительности элементарной посылки. При этом обеспечивается неизменность коэффициента усиления усилителя на интервале длительности посылки, за счет чего достигается большая точность установки оптимального коэффициента усиления УПЧ. Это, в свою очередь, способствует обеспечению помехоустойчивости приема, близкой к помехоустойчивости оптимального некогерентного приема сигналов AT.
Источники информации
1. Н.А.Сартасов и др. Коротковолновые магистральные радиоприемные устройства. М.: "Связь", 1971, с.142-146, рис.4.3.
2. Авторское свидетельство СССР №665405, кл. Н04В 1/10, 1979.
3. Смирнов А.В., Прозоровский Е.Е., Булах Н.Н. Некогерентный прием сигналов амплитудной телеграфии со следящим порогом. - В сб. "Вопросы формирования и обработки сигналов в радиотехнических системах". Вып.1. Таганрог, 1976, с.58-63.