УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРИЕМА СИГНАЛОВ С МИНИМАЛЬНОЙ УГЛОВОЙ МОДУЛЯЦИЕЙ
DEVICE FOR RECEIVING SIGNALS WITH MINIMAL ANGLE MODULATION

Изобретение относится к электросвязи, а именно к цифровой радиосвязи, и может быть использовано в системах передачи сигналов с минимальной угловой модуляцией (МУМ) без разрыва фазы.
Известно устройство для приема частотно-манипулированных сигналов, 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 [1].
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 МУМ без разрыва фазы.
Наиболее близким к предлагаемому является устройство для приема сигналов с минимальной угловой модуляцией, содержащее сумматор по модулю два, выход которого является первым информационным выходом устройства, синхронизатор, компаратор, первое и второе устройства выборки/хранения, 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 к входу устройства и к входу синхронизатора, при этом управляющие входы первого и второго устройств выборки/хранения соединены соответственно с прямым и инверсным управляющими выходами синхронизатора, первый и второй входы сумматора по модулю два 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 [2].
Известное устройство обеспечивает высокую верность приема сигналов с минимальной частотной модуляцией (МЧМ) без разрыва фазы в формате МУМ за счет учета корреляционной связи между их элементарными сигналами (символами). Однако известное устройство не может принимать сигнал с минимальной фазовой модуляцией (МФМ) без разрыва фазы в формате МУМ.
Технический результат состоит в расширении функциональных возможностей устройства за счет обеспечения оптимального корреляционного приема сигналов с МФМ.
Для достижения указанного технического результата в устройство для приема сигналов с минимальной угловой модуляцией, содержащее сумматор по модулю два, выход которого является первым информационным выходом устройства, синхронизатор, компаратор, первое и второе устройства выборки/хранения, 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 к входу устройства и к входу синхронизатора, введены регистр сдвига, вычитающее устройство и сумматор, первый вход которого подключен к выходу первого коррелятора и к информационному входу первого устройства выборки/хранения, второй вход - к выходу первого устройства выборки/хранения, а выход - к первому входу компаратора, второй вход которого соединен с выходом вычитающего устройства, суммирующий вход которого подключен к выходу второго коррелятора и к информационному входу второго устройства выборки/хранения, выход которого соединен с вычитающим входом вычитающего устройства, а тактовый вход - с тактовым выходом синхронизатора и с тактовыми входами первого устройства выборки/хранения и регистра сдвига, второй выход которого является вторым информационным выходом устройства, информационный вход регистра сдвига подключен к выходу компаратора, а первый и второй выходы - к соответствующим входам сумматора по модулю два.
Предлагаемое устройство для приема сигналов с минимальной угловой модуляцией обеспечивает оптимальный корреляционный прием как сигналов с МФМ, так и сигналов с МЧМ в формате МУМ.
Проведенный заявителем анализ уровня техники, включая поиск по патентным и научно-техническим источникам информации и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного технического решения, позволил установить, что заявитель не обнаружил источник, характеризующийся признаками, тождественными (идентичными) всем существенным признакам заявленного технического решения. Определение из перечня выявленных аналогов прототипа как наиболее близкого по совокупности признаков аналога позволило установить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков заявленного устройства для приема сигналов с минимальной угловой модуляцией, изложенных в формуле изобретения. Следовательно, заявленное техническое решение соответствует критерию "новизна".
Проведенный заявителем дополнительный поиск не выявил известные решения, содержащие признаки, совпадающие с отличительными от прототипа признаками заявленного устройства для приема сигналов с минимальной угловой модуляцией. Следовательно, заявленное техническое решение не вытекает для специалиста явным образом из известного уровня техники, поскольку из уровня техники, определенного заявителем, не выявлено влияние предусматриваемых существенными признаками заявленного технического решения преобразований для достижения технического результата. Заявленное техническое решение не основано на изменении количественного признака (признаков), представлении таких признаков во взаимосвязи либо изменении ее вида. Следовательно, заявленное техническое решение соответствует критерию "изобретательский уровень".
Предлагаемое устройство для приема сигналов с минимальной угловой модуляцией может быть реализовано с помощью известных функциональных элементов.
На фиг.1 показана электрическая функциональная схема предлагаемого устройства для приема сигналов с МУМ, на фиг.2 - временные диаграммы, поясняющие его работу, на фиг.3 - решетчатые диаграммы сигналов с МФМ и МЧМ.
Устройство для приема сигналов с МУМ (см. фиг.1) содержит синхронизатор 1, первый и второй корреляторы 2 и 3, первое и второе устройства 4 и 5 выборки/хранения, сумматор 6, вычитающее устройство 7, компаратор 8, регистр 9 сдвига и сумматор 10 по модулю два.
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, к тактовым входам первого и второго устройств 4 и 5 выборки/хранения, к тактовому входу регистра 9 сдвига и является синхровыходом устройства. Первый и второй опорные выходы синхронизатора 1 соединены с опорными входами соответственно первого и второго корреляторов 2 и 3. Выход первого коррелятора 2 подключен к информационному входу первого устройства 4 выборки/хранения и к первому входу сумматора 6. Выход второго коррелятора 3 подключен к информационному входу второго устройства 5 выборки/хранения и к суммирующему входу вычитающего устройства 7. Выходы первого и второго устройств 4 и 5 выборки/хранения соединены соответственно с вторым входом сумматора 6 и с вычитающим входом вычитающего устройства 7, выходы которых подключены соответственно к первому и второму входам компаратора 8. Выход компаратора 8 соединен с информационным входом регистра 9 сдвига, первый и второй выходы которого подключены соответственно к первому и второму входам сумматора 10 по модулю два. Выход сумматора 10 по модулю два и второй выход регистра 9 сдвига являются соответственно первым и вторым информационными выходами устройства.
Работает устройство для приема сигналов с минимальной угловой модуляцией следующим образом.
Принимаемый сигнал с МУМ, информация в котором может быть заложена как в фазу - в сигнале с МФМ, так и в частоту - в сигнале с МЧМ, при отсутствии шума на любом символьном интервале может быть представлен одним из четырех элементарных сигналов, определенных на длительности Т символа как
где А и  - амплитуда и начальная фаза сигнала на границе к-символа,
1
ω - круговая частота элементарных сигналов  и ,
2
1
ω=ω+π/Т - круговая частота элементарных сигналов  и .
Любые два последовательных символа с МУМ коррелированны друг с другом, что отражают решетчатые диаграммы сигналов с МФМ и МЧМ, показанные на фиг.3, а и фиг.3, б.
Узлам указанных решетчатых диаграмм соответствуют разности фаз  несущего колебания и принимаемого сигнала с МУМ на границах символьных интервалов, а ребрам - элементарные сигналы, передаваемые в соответствующих символьных интервалах. При этом ребра, показанные пунктирными линиями, соответствуют передаваемым символам "1", а ребра, показанные сплошными линиями, - передаваемым символам "0".
Как показано на фиг.3, а, для сигнала с МФМ передаче символов "1" всегда соответствует состояние , а передаче символа "0" - состояние . При этом, как показано на фиг.3, б, для сигнала с МЧМ передаче символа "0" соответствует сохранение состояния  или , а передаче символов "1" - переход из одного из этих состояний в другое состояние.
Разрешенные последовательности элементарных сигналов сигнала с МУМ на двухсимвольном интервале определяются разрешенными путями на решетчатой диаграмме.
Разрешенные последовательности элементарных сигналов сигнала с МФМ (см. фиг.3, а) при передаче на κ-символьном интервале символа "1":
1
1
1
2
S, S или S, S;
3
1
3
2
S, S или S, S,
а при передаче на κ-символьном интервале символа "0":
2
4
2
3
S, S или S, S;
4
4
4
3
S, S или S, S.
Поэтому решение о значении принимаемого на κ-символьном интервале символа сигнала с МФМ следует принимать, последовательно сравнивая альтернативные гипотезы о приеме разрешенных последовательностей двух элементарных сигналов, соответствующих передаче символов "1" или "0":
1
1
2
3
S, S или S, S;
3
1
4
3
S, S или S, S;
1
2
2
4
S, S или S, S;
1
2
4
4
S, S или S, S.
Для принятия решения о значении принятого на κ-символьном интервале символа необходимо определить, с какой из указанных гипотез наиболее коррелированна реализация принимаемого радиосигнала на к- и (к+1)-символьных интервалах.
Обозначим корреляционный интеграл от произведения входного сигнала и i-го опорного сигнала на к-символьном интервале [кТ, (к+1)Т] как
Интеграл, взятый на следующем (к+1)-интервале [(к+1)Т, (к+2)Т], обозначим как
Тогда правила принятия решения о приеме символов "1" или "0" для сигналов с МФМ можно представить в следующем виде:
Поскольку всегда выполняются равенства
то при приеме сигналов с МФМ все четыре приведенных выше правила (1) принятия решения эквивалентны одному правилу принятия решения о приеме символов "1" или "0":
Разрешенные последовательности элементарных сигналов сигнала с МЧМ (см. фиг.3, б) при передаче на к-м символьном интервале символа "1":
1
1
1
2
S, S или S, S;
4
4
4
3
S, S или S, S,
а при передаче на к-м символьном интервале символа "0":
2
4
2
3
S, S или S, S;
3
1
3
2
S, S или S, S.
Поэтому решение о значении принимаемого на к-символьном интервале символа сигнала с МЧМ следует принимать, последовательно сравнивая альтернативные гипотезы о приеме разрешенных последовательностей двух элементарных сигналов, соответствующих передаче символов "1" или "0":
1
1
2
3
S, S или S, S;
4
4
3
2
S, S или S, S,
1
2
2
4
S, S или S, S;
4
1
3
1
S, S или S, S.
Для принятия решения о значении принятого на к-символьном интервале символа необходимо определить, с какой из указанных гипотез наиболее коррелированна реализация принимаемого радиосигнала на к- и (к+1)-символьных интервалах.
Тогда правила принятия решения о приеме символов "1" или "0" для сигналов с МЧМ можно представить в следующем виде:
Поскольку всегда выполняются равенства (1), то при приеме сигналов с МЧМ первое и третье из приведенных выше правил (4) эквивалентны правилу принятия решения о приеме символов "1" или "0" при начальном состоянии
а второе и четвертое из приведенных выше правил (4) - правилу принятия решения о приеме символов "1" или "0" при начальном состоянии
Правила (5) и (6) для сигнала с МЧМ предусматривают выполнение одинаковой проверки, но принятие противоположных решений ("0" вместо "1" и наоборот). При этом правило (5) для сигнала с МЧМ совпадает с правилом (3) для сигнала с МФМ.
Для реализации правил (3), (5) и (6) принятия решения о приеме символов "1" или "0" для сигнала с МФМ или с МЧМ на информационные входы первого и второго корреляторов 2 и 3 подают входной сигнал с МУМ (фиг.2, а). При этом на тактовые входы первого 2 и второго 3 корреляторов 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 в течение любых к-символьных интервалов подают опорные сигналы (фиг.2, в и фиг.2, г)
0
где А и φ - амплитуда и начальная фаза опорных сигналов,
1
2
ω и ω - круговые частоты опорных сигналов,
0≤t*≤Т - текущее время в пределах одного символьного интервала.
1
2
1
2
Значения сигналов на выходах первого и второго корреляторов 2 и 3 (фиг.2, д и фиг.2, е) равны значениям корреляционных интегралов: в моменты окончания четных к-символьных интервалов - соответственно а(к) и - а(к), а в моменты окончания нечетных (к+1)-символьных интервалов - соответственно а(к+1) и - а(к+1).
1
2
Значения выходных сигналов (фиг.2, ж и фиг.2, з) первого и второго устройств 4 и 5 выборки/хранения постоянны в течение следующих (к+1)-символьных интервалов и равны соответственно а(к) и -а(к).
Значение выходного сигнала (фиг.2, и) сумматора 6 в моменты окончания (к+1)-символьных интервалов равно сумме значений корреляционных интегралов
1
1
[a(к)+а(к+1)].
Значение выходного сигнала (фиг.2, к) вычитающего устройства 7 в моменты окончания (к+1)-символьных интервалов равно разности значений корреляционных интегралов
2
2
[а(к)-а(к+1)].
В результате в моменты окончания (к+1)-символьных интервалов подаваемые на первый и второй входы компаратора 8 с выходов соответственно сумматора 6 и вычитающего устройства 7 сигналы (см. фиг.2, и и фиг.2, к) имеют значения
1
1
2
2
[a(к)+а(к+1)] и [a(к)-а(к+1)].
Компаратор 8 сравнивает значения этих сигналов и в моменты окончания (к+7)-символьных интервалов реализует алгоритм (3) оптимального когерентного приема сигналов с МФМ.
На выходе компаратора 8 получают сигнал, значения которого в моменты окончания (к+1)-символьных интервалов равны значениям оценок символов принимаемого на к-символьных интервалах сигнала с МФМ.
Сигнал с выхода компаратора 8 подают на информационный вход регистра 9 сдвига и с помощью поступающих на тактовый вход последнего тактовых импульсов (фиг.2, б) записывают значения этого сигнала в моменты окончания (к+1)-символьных интервалов в его первую ячейку и переписывают в моменты окончания (к+2)-символьных интервалов в его вторую ячейку.
На (к+3)-символьных интервалах значения символов сигналов (фиг.2, л) и (фиг.2, м) на первом и втором выходах регистра 9 сдвига равны значениям оценок символов принятого сигнала с МФМ соответственно на (к+1)- и к-символьных интервалах.
При этом на (к+3)-символьных интервалах значения символов сигнала (фиг.2, м) на втором выходе регистра 9 сдвига определяют начальные состояния  или  необходимые для использования на (к+1)-символьных интервалах правил (5) и (6) принятия решения о приеме символов "1" или "0" для сигнала с МЧМ.
В то же время значения символов сигнала (фиг.2, л) на первом выходе регистра 9 сдвига на (к+3)-символьных интервалах равны значениям оценок символов принятого на (к+1)-символьных интервалах сигнала с МЧМ, полученных с помощью правила (5) в предположении, что начальные состояния на этих интервалах равны , т.е. значения символов сигнала (фиг.2, м) на втором выходе регистра 9 сдвига равны "0" на к-символьных интервалах.
Если указанное предположение не выполняется, т.е. значения символов сигнала (фиг.2, м) на втором выходе регистра 9 сдвига на к-символьных интервалах равны "1", то в принципе на (к+1)-символьных интервалах сигнала с МЧМ необходимо использовать правило (6), предписывающее принятие противоположных по сравнению с правилом (5) решений ("0" вместо "1" и наоборот). Вместо этого в предлагаемом устройстве производят инвертирование принятых на к-символьных интервалах решений ("0" заменяют на "1" и наоборот). Осуществляют это с помощью сумматора 10 по модулю два, на первый и второй входы которого подают сигналы (фиг.2, л) и (фиг.2, м) соответственно с первого и второго выходов регистра 9 сдвига.
На выходе сумматора 10 по модулю два получают сигнал (фиг.2, н), значения которого постоянны в течение любых (к+3)-символьных интервалов и равны значениям оценок символов принятого на (к+1)-символьных интервалах сигнала с МЧМ.
Демодулированный сигнал с МЧМ (см. фиг.2, н) с выхода сумматора 10 по модулю два подают на первый информационный выход устройства.
На второй информационный выход устройства подают демодулированный сигнал с МФМ (фиг.2, м) со второго выхода регистра 9 сдвига.
На синхровыход устройства с тактового выхода синхронизатора 1 подают тактовые импульсы (см. фиг.2, б) с периодом следования Т.
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 МУМ,
- 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 обеспечивается реализация оптимального когерентного приема сигналов с МФМ и сигналов с МЧМ в модуляционном формате МУМ.
Литература
1. Финк Л.М. Теория передачи дискретных сообщений. - М.: Сов. радио, 1970, с.155-156.
2. Патент RU №2276467 С1, кл. H04L 27/14, 10.05.06.