Адаптивное устройство разделения сигналов двоичной фазовой манипуляции

 

Изобретение относится к радиотехнике, в частности к радиоприемным устройствам, применяемым на линиях многоканальной цифровой связи и сетях множественного доступа, использующих протоколы с захватом по мощности, а также может быть использовано в области цифрового радиовещания и цифрового телевидения. Техническим результатом является повышение частотно-энергетической эффективности функционирования устройства за счет возможности разделения на фоне аддитивного белого гауссовского шума (АБГШ) трех в общем случае неортогональных сигналов двоичной фазовой манипуляции, в том числе и линейно-зависимых сигналов, например сигналов, полностью совпадающих по форме и отличающихся только по амплитуде (мощности) и независимым информационным фазовым сдвигам на 180^o. Адаптивное устройство разделения сигналов двоичной фазовой манипуляции содержит первый - шестой перемножители, первый - шестой фильтры нижних частот, первый - третий блоки формирования опорного колебания, первый - третий вычитающие блоки, первый - третий решающие блоки, первый - третий вычислители, первый - третий ограничители. Перечисленная новая совокупность существенных признаков обеспечивает возможность разделения с требуемым качеством трех в общем случае неортогональных, в том числе и линейно-зависимых сигналов на фоне АБГШ, что позволяет повысить частотно-энергетическую эффективность функционирования устройства. 7 ил.

Изобретение относится к радиотехнике, в частности к радиоприемным устройствам, применяемым на линиях многоканальной цифровой связи и сетях множественного доступа, а также может быть использовано в области цифрового радиовещания и цифрового телевидения.

Известно устройство разделения неортогональных сигналов двоичной фазовой манипуляции (А. С. СССР N 1363520. A1, МПК⁵ H 04 L 27/22, 1987г.), которое содержит два блока опорных колебаний, пять перемножителей, блок определения величины взаимной корреляции сигналов, два фильтра нижних частот и два вычитающих блока.

Известно также адаптивное устройство разделения сигналов двоичной фазовой манипуляции (А.С. СССР N 1786682. A2, МПК⁵ H 04 L 27/22, 1993 г.), которое содержит семь перемножителей, три фильтра нижних частот, два управляемых усилителя-ограничителя, четыре вычитающих блока, два решающих устройства, два полосовых фильтра, два ограничителя.

Однако известные аналоги обладают относительно низкой частотно-энергетической эффективностью функционирования за счет возможности разделения только двух неортогональных сигналов двоичной фазовой манипуляции.

Наиболее близким по технической сущности и выполняемым функциям аналогом (прототипом) к заявляемому является адаптивное устройство разделения неортогональных сигналов двоичной фазовой манипуляции (А.С. СССР N 1450131. A1, МПК⁵ H 04 L 27/22, 1989 г.), содержащее первый, второй, третий перемножители, первый, второй, третий фильтры нижних частот, первый и второй блоки формирования опорного колебания, первый и второй вычитающие блоки, первый и второй решающие блоки, причем первые входы первого, второго перемножителей и входы первого, второго блоков формирования опорного колебания соединены и являются входом адаптивного устройства, выход первого перемножителя подключен ко входу первого фильтра нижних частот, выход второго перемножителя подключен ко входу второго фильтра нижних частот, выход первого блока формирования опорного колебания соединен со вторым входом первого перемножителя и первым входом третьего перемножителя, выход второго блока формирования опорного колебания соединен со вторыми входами второго и третьего перемножителей, выход третьего перемножителя соединен со входом третьего фильтра нижних частот, выходы первого и второго фильтров нижних частот соединены с суммирующими входами первого и второго вычитающих блоков соответственно, выходы первого и второго вычитающих блоков соединены со входами первого и второго решающих блоков соответственно, выходы первого и второго решающих блоков являются первым и вторым выходами адаптивного устройства.

Однако устройство-прототип имеет недостаток. При описанной совокупности элементов и связей оно обладает относительно низкой частотно-энергетической эффективностью функционирования за счет возможности разделения только двух неортогональных сигналов двоичной фазовой манипуляции.

Целью изобретения является повышение частотно-энергетической эффективности функционирования устройства за счет возможности разделения на фоне аддитивного белого гауссовского шума (АБГШ) трех в общем случае неортогональных сигналов двоичной фазовой манипуляции, в том числе и линейно-зависимых сигналов, например сигналов, полностью совпадающих по форме и отличающихся только по амплитуде (мощности) и независимым информационным фазовым сдвигам на 180^o.

Поставленная цель достигается тем, что в адаптивном устройстве разделения сигналов двоичной фазовой манипуляции, содержащем первый, второй, третий перемножители, первый, второй, третий фильтры нижних частот, первый и второй блоки формирования опорного колебания, первый и второй вычитающие блоки, первый и второй решающие блоки, причем первые входы первого, второго перемножителей и первые входы первого, второго блоков формирования опорного колебания соединены и являются входом устройства, выход первого перемножителя подключен ко входу первого фильтра нижних частот, выход второго перемножителя подключен ко входу второго фильтра нижних частот, выход первого блока формирования опорного колебания соединен со вторым входом второго блока формирования опорного колебания, с третьим входом третьего блока формирования опорного колебания, со вторым входом первого перемножителя и первым входом третьего перемножителя, выход второго блока формирования опорного колебания соединен со вторыми входами первого и третьего блоков формирования опорного колебания, со вторыми входами второго и третьего перемножителей, выход третьего перемножителя соединен со входом третьего фильтра нижних частот, выходы первого и второго фильтров нижних частот соединены с первыми входами первого и второго вычитающих блоков соответственно, выходы первого и второго вычитающих блоков соединены со входами первого и второго решающих блоков, выходы первого и второго решающих блоков являются первым и вторым выходами устройства, дополнительно введены четвертый, пятый и шестой перемножители, четвертый, пятый и шестой фильтры нижних частот, третий блок формирования опорного колебания, третий вычитающий блок и третий решающий блок, первый, второй и третий вычислители, первый, второй и третий ограничители. Причем первый вход четвертого перемножителя и первый вход третьего блока формирования опорного колебания соединены с первым входом второго блока формирования опорного колебания. Выход третьего блока формирования опорного колебания подключен к третьим входам первого и второго блоков формирования опорного колебания, ко вторым входам четвертого, пятого перемножителей и к первому входу шестого перемножителя, второй вход которого соединен с выходом первого блока формирования опорного колебания. Первый вход пятого перемножителя соединен с выходом второго блока формирования опорного колебания, вход пятого фильтра нижних частот соединен с выходом четвертого перемножителя, а его выход - с первым входом третьего вычитающего блока и пятыми входами первого и второго вычислителей. Вход четвертого фильтра нижних частот подключен к выходу пятого перемножителя, а его выход - к третьему входу первого вычислителя, ко второму входу второго вычислителя и к пятому входу третьего вычислителя. Вход шестого фильтра нижних частот подключен к выходу шестого перемножителя, а его выход - к четвертым входам первого, второго вычислителей и ко второму входу третьего вычислителя. Выход третьего фильтра нижних частот соединен с третьими входами второго, третьего вычислителей и вторым входом первого вычислителя. Первые входы второго и третьего вычислителей соединены с выходом первого фильтра нижних частот. Первый вход первого вычислителя и четвертый вход третьего вычислителя подключены к выходу второго фильтра нижних частот, выходы первого, второго и третьего вычислителей соединены со вторыми входами первого, второго и третьего вычитающих блоков. Вход первого ограничителя соединен с выходом первого вычитающего блока, а его выход - с четвертым входом первого блока формирования опорного колебания и пятыми входами второго, третьего блоков формирования опорного колебания. Вход второго ограничителя соединен с выходом второго вычитающего блока, а его выход - с пятым входом первого блока формирования опорного колебания, с четвертым входом второго блока формирования опорного колебания и с шестым входом третьего блока формирования опорного колебания. Вход третьего ограничителя соединен с выходом третьего вычитающего блока, а его выход - с шестыми входами первого, второго блоков формирования опорного колебания и с четвертым входом третьего блока формирования опорного колебания. Вход третьего решающего блока соединен с выходом третьего вычитающего блока, а его выход является третьим выходом устройства.

Перечисленная новая совокупность существенных признаков обеспечивает возможность разделения с требуемым качеством трех в общем случае неортогональных, в том числе и линейно-зависимых сигналов на фоне АБГШ, что позволяет повысить частотно-энергетическую эффективность функционирования устройства.

Проведенный анализ уровня техники позволил установить, что аналоги, характеризующиеся совокупностью признаков, тождественных всем признакам заявленного технического решения, отсутствуют, что указывает на соответствие изобретения условию патентоспособности "новизна".

Результаты поиска известных решений в данной и смежных областях техники с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа признаками заявленного объекта, показали, что они не следуют явным образом из уровня техники. Из уровня техники также не выявлена известность влияния предусматриваемых существенными признаками заявленного изобретения преобразований на достижение указанного технического результата. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию патентоспособности "изобретательский уровень".

Заявляемое устройство поясняется чертежами, на которых: - на фиг. 1 показана функциональная схема адаптивного устройства разделения сигналов двоичной фазовой манипуляции; - на фиг. 2 показана функциональная схема первого блока формирования опорного колебания; - на фиг. 3 показана функциональная схема второго блока формирования опорного колебания; на фиг. 4 показана функциональная схема третьего блока формирования опорного колебания; - на фиг. 5 показан алгоритм работы первого вычислителя; - на фиг. 6 показан алгоритм работы второго вычислителя; - на фиг. 7 показан алгоритм работы третьего вычислителя.

Заявленное адаптивное устройство разделения сигналов двоичной фазовой манипуляции, показанное на фиг. 1, содержит первый 1, второй 2, третий 3, четвертый 4, пятый 5 и шестой 6 перемножители, первый 10, второй 11, третий 12, четвертый 13, пятый 14 и шестой 15 фильтры нижних частот, первый 7, второй 8 и третий 9 блоки формирования опорного колебания, первый 19, второй 20 и третий 21 вычитающие блоки, первый 22, второй 23 и третий 24 решающие блоки, первый 16, второй 17 и третий 18 вычислители, первый 25, второй 26 и третий 27 ограничители.

Первые входы первого 1, второго 2, четвертого 4 перемножителей и первого 7, второго 8, третьего 9 блоков формирования опорного колебания соединены и являются входом адаптивного устройства. Выход первого перемножителя 1 подключен ко входу первого фильтра нижних частот 10, выход второго перемножителя 2 подключен ко входу второго фильтра нижних частот 11, выход четвертого перемножителя 4 соединен со входом пятого фильтра нижних частот 14. Выход первого блока формирования опорного колебания 7 соединен со вторым входом второго блока формирования опорного колебания 8, с третьим входом третьего блока формирования опорного колебания 9, со вторым входом первого перемножителя 1 и первым входом третьего перемножителя 3. Выход второго блока формирования опорного колебания 8 соединен со вторыми входами первого 7 и третьего 9 блоков формирования опорного колебания, со вторыми входами второго 2 и третьего 3 перемножителей. Выход третьего блока формирования опорного колебания 9 подключен к третьим входам первого 7 и второго 8 блоков формирования опорного колебания, ко вторым входам четвертого 4, пятого 5 перемножителей и к первому входу шестого перемножителя 6, второй вход которого соединен с выходом первого блока формирования опорного колебания 7. Первый вход пятого перемножителя 5 соединен с выходом второго блока формирования опорного колебания 8. Выход третьего перемножителя 3 соединен со входом третьего фильтра нижних частот 12. Выход пятого перемножителя 5 соединен со входом четвертого фильтра нижних частот 13. Выход шестого перемножителя 6 соединен со входом шестого фильтра нижних частот 15. Выходы первого 10, второго II и пятого 14 фильтров нижних частот соединены с первыми входами первого 19, второго 20 и третьего 21 вычитающих блоков соответственно. Выходы первого 19, второго 20 и третьего 21 вычитающих блоков соединены со входами первого 22, второго 23 и третьего 24 решающих блоков соответственно. Выход пятого фильтра нижних частот 14 соединен с пятыми входами первого 16 и второго 17 вычислителей. Выход четвертого фильтра нижних частот 13 подключен ко второму входу второго вычислителя 17, к третьему входу первого вычислителя 16 и к пятому входу третьего вычислителя 18. Выход шестого фильтра нижних частот 15 подключен к четвертым входам первого 16, второго 17 вычислителей и ко второму входу третьего вычислителя 18. Выход третьего фильтра нижних частот 12 соединен со вторым входом первого вычислителя 16 и с третьими входами второго 17, третьего 18 вычислителей. Первые входы второго 17 и третьего 18 вычислителей соединены с выходом первого фильтра нижних частот 10. Первый вход первого вычислителя 16 и четвертый вход третьего вычислителя 18 подключены к выходу второго фильтра нижних частот 11. Выходы первого 16, второго 17 и третьего 18 вычислителей соединены со вторыми входами первого 19, второго 20 и третьего 21 вычитающих блоков соответственно. Вход первого ограничителя 25 соединен с выходом первого вычитающего блока 19, а его выход - с четвертым входом первого блока формирования опорного колебания 7 и пятыми входами второго 8, третьего 9 блоков формирования опорного колебания. Вход второго ограничителя 26 соединен с выходом второго вычитающего блока 20, а его выход - с пятым входом первого блока формирования опорного колебания 7, с четвертым входом второго блока формирования опорного колебания 8 и с шестым входом третьего блока формирования опорного колебания 9. Вход третьего ограничителя 27 соединен с выходом третьего вычитающего блока 21, а его выход - с шестыми входами первого 7, второго 8 блоков формирования опорного колебания и с четвертым входом третьего блока формирования опорного колебания 9. Выходы первого 22, второго 23 и третьего 24 решающих блоков являются первым, вторым и третьим выходами устройства.

Входящие в общую схему элементы имеют следующее предназначение.

Блоки формирования опорных колебаний 7, 8, 9 предназначены для формирования опорных колебаний в виде последовательных составных сигналов¹ в трактах выделения сигналов из поступающей смеси трех сигналов и аддитивного белого гауссовского шума.

Блок формирования опорных колебаний (БФОК) 7 может быть реализован по схеме, показанной на фиг.2, которая включает в себя первый 7.1, второй 7.2, третий 7.3, четвертый 7.4 и пятый 7.5 перемножители, генератор формы сигнала 7.6, полосовой фильтр 7.7, вычитатель 7.8, причем первый вход вычитателя 7.8 является первым входом БФОК 7, второй и третий вход вычитателя 7.8 соединены с выходами четвертого и пятого перемножителей 7.4 и 7.5 соответственно, первые входы которых являются соответственно вторым и третьим входами БФОК 7. Вторые входы четвертого и пятого перемножителей 7.4 и 7.5 являются соответственно пятым и шестым входами БФОК 7. Выход вычитателя 7.8 подключен ко второму входу первого перемножителя 7.1, первый вход которого является четвертым входом БФОК 7. Выход первого перемножителя 7.1 соединен со вторым входом второго перемножителя 7.2, выход которого подключен ко входу полосового фильтра 7.7. Выход полосового фильтра 7.7 подключен к первому входу третьего перемножителя 7.3. Выход генератора формы сигналов 7.6 подключен в параллель к первому входу второго перемножителя 7.2 и второму входу третьего перемножителя 7.3. Выход третьего перемножителя 7.3 является выходом БФОК 7.

Если БФОК 7 предназначен для формирования опорных колебаний в виде параллельных составных сигналов, ¹ Ю.Б.Окунев, Л.А.Яковлев Широкополосные системы связи с составными сигналами.-М.: Связь, 1968. - 168 с., то он будет состоять из нескольких (по количеству параллельных сигналов) перемножителей 7.2 и 7.3, а также полосовых фильтров 7.7 (либо может использоваться гребенчатый фильтр, ² В. И. Коржик, Л.М.Финк, К.Н.Щелкунов. Расчет помехоустойчивости систем передачи дискретных сообщений. Справочник.-М.: Радио и связь, 1981. - 232 с. ). Перемножители 7.2, 7.3, полосовой фильтр 7.7 и генератор формы сигналов 7.6 в совокупности составляют экстрактор сигналов. Принцип работы экстрактора сигналов известен и описан в [2] на с. 168-174, рис. 6.13а и [3] на с. 149, рис. 4.10.

БФОК 8 может быть реализован по схеме, показанной на фиг. 3, которая включает в себя первый 8.1, второй 8.2, третий 8.3, четвертый 8.4 и пятый 8.5 перемножители, генератор формы сигнала 8.6, полосовой фильтр 8.7, вычитатель 8.8, причем первый вход вычитателя 8.8 является первым входом БФОК 8, второй и третий вход вычитателя 8.8 соединены с выходами четвертого и пятого перемножителей 8.4 и 8.5 соответственно, первые входы которых являются соответственно вторым и третьим входами БФОК 8. Вторые входы четвертого и пятого перемножителей 8.4 и 8.5 являются соответственно пятым и шестым входами БФОК 8. Выход вычитателя 8.8 подключен ко второму входу первого перемножителя 8.1, первый вход которого является четвертым входом БФОК 8. Выход первого перемножителя 8.1 соединен со вторым входом второго перемножителя 8.2, выход которого подключен ко входу полосового фильтра 8.7. Выход полосового фильтра 8.7 подключен к первому входу третьего перемножителя 8.3. Выход генератора формы сигналов 8.6 подключен в параллель к первому входу второго перемножителя 8.2 и второму входу третьего перемножителя 8.3. Выход третьего перемножителя 8.3 является выходом БФОК 8.

БФОК 9 может быть реализован по схеме, показанной на фиг.4, которая включает в себя первый 9.1, второй 9.2, третий 9.3, четвертый 9.4 и пятый 9.5 перемножители, генератор формы сигнала 9.6, полосовой фильтр 9.7, вычитатель 9.8, причем первый вход вычитателя 9.8 является первым входом БФОК 9, второй и третий вход вычитателя 9.8 соединены с выходами четвертого и пятого перемножителей 9.4 и 9.5 соответственно, первые входы которых являются соответственно вторым и третьим входами БФОК 9. Вторые входы четвертого и пятого перемножителей 9.4 и 9.5 являются соответственно пятым и шестым входами БФОК 9. Выход вычитателя 9.8 подключен ко второму входу первого перемножителя 9.1, первый вход которого является четвертым входом БФОК 9. Выход первого перемножителя 9.1 соединен со вторым входом второго перемножителя 9.2, выход которого подключен ко входу полосового фильтра 9.7. Выход полосового фильтра 9.7 подключен к первому входу третьего перемножителя 9.3. Выход генератора формы сигналов 9.6 подключен в параллель к первому входу второго перемножителя 9.2 и второму входу третьего перемножителя 9.3. Выход третьего перемножителя 9.3 является выходом БФОК 9.

Генераторы формы сигналов 7.6, 8.6, 9.6, входящие в БФОК 7, 8, 9, идентичны, предназначены для формирования постоянных напряжений положительной и отрицательной полярности в соответствии с изменением фазы манипулирующего сигнала. Схемы и принцип работы генератора формы сигналов при формировании последовательностей Баркера известны и описаны в [1] на с. 44-48, рис. 3.11, при формировании m-последовательностей - в [1] на с. 49-54, рис. 3.16, при формировании последовательностей Голда -в [1] на с. 49-54, рис. 3.16 и [2] на с. 160-167, рис. 6.9, при формировании последовательностей Касами - в [2] на с. 167-168, рис. 6.10, при формировании последовательностей Уолша - в [2] на с. 168-174, рис. 6.13а.

Вычитатели 7.8, 8.8, 9.8, входящие в БФОК 7, 8, 9, идентичны, предназначены для формирования на выходе напряжения, соответствующего разности первого входного напряжения и результирующего напряжения, соответствующего сумме напряжений, подаваемых на второй и третий входы. Может быть построен в виде сумматора, описанного в книге [4] на с. 17-19, рис. 1.11.

Полосовые фильтры 7.7, 8.7, 9.7, входящие в БФОК 7, 8, 9, идентичны, предназначены для выделения полезного сигнала из смеси сигнала и шума, описаны в книге [5] на с. 73-76, рис. 2.17.

Перемножители 1-6, входящие в устройство и 7.1-7.5, 8.1-8.5, 9.1-9.5, входящие в БФОК 7, 8, 9, идентичны, предназначены для формирования и демодуляции сложных сигналов. Могут быть использованы аналоговый перемножитель марки 526 ПС1 и другие, описанные в книге [2] на с. 200-202, рис. 7. 11.

Фильтры нижних частот 10-15 предназначены для интегрирования произвольно изменяющегося напряжения на интервале длительности символов разделяемых сигналов, описаны в книге [6] на с. 120-128, рис. 6.7.

Вычислители 16, 17, 18 предназначены для вычисления компенсирующих напряжений B₁ для выделения первого сигнала, В₂ для выделения второго сигнала и В₃ для выделения третьего сигнала соответственно по алгоритмам, приведенным на фиг. 3а, 3б и 3в. Могут быть реализованы на базе цифрового процессора TMS- 32010, описанного в книге [7].

Вычитающие блоки 19, 20, 21 предназначены для формирования на выходе напряжения, соответствующего разности напряжений двух входных сигналов. Может быть построен как разностный усилитель, описан в книге [8] на с.193-194, рис. 6.17.

Решающие блоки 22, 23, 24 предназначены для принятия решения о принимаемых символах по правилу, описываемому функцией Хевисайда. Их схемы известны и, в частности, решающие блоки на основе компараторов, формирующих сигналы на выходе с логическими уровнями "1" или "0" в зависимости от наличия положительного или отрицательного напряжения на входе, описаны в книге [2] на с. 202- 205, рис. 7.1.

Ограничители 25, 26, 27 предназначены для формирования управляющих сигналов, необходимых для "мягкой" деманипуляции разделяемых сигналов при формировании опорного колебания. В частности, схемы ограничителей могут быть построены на основе операционных усилителей с последовательной операционной схемой, где величины входного сопротивления и сопротивления обратной связи зависят от мощности входного сигнала, при которых соотношение входного сопротивления к сопротивлению обратной связи растет пропорционально увеличению мощности разделяемых сигналов на входе устройства. Описаны в книге [8] на с. 176-177, рис. 6.2а.

Заявляемое устройство работает следующим образом. На вход устройства поступает аддитивная смесь трех в общем случае неортогональных сигналов одного периода и аддитивного белого гауссовского шума (АБГШ). Сигналы, информационно манипулированные двоичной фазовой манипуляцией (ФМ-2), могут иметь дополнительную манипуляцию псевдослучайной последовательностью (например, последовательностями Баркера, Голда, Касами, Уолша или m- последовательностями) для увеличения помехозащитных свойств. Устройство условно можно разбить на три тракта, каждый из которых предназначен для выделения определенного сигнала из поступающей смеси. Каждый тракт состоит из блока формирования опорного колебания (БФОК), двух корреляторов, состоящих из перемножителя и фильтра нижних частот (ФНЧ), вычислителя, вычитающего блока, ограничителя и решающего блока. Устройство обеспечивает оптимальное разделение трех сигналов по критерию минимальной средней вероятности ошибки в каждом из выделяемых сигналов за счет компенсации помех неортогональности и принятия решения в зависимости от полярности напряжения на входе решающего блока в каждом из трактов выделения сигналов. Это происходит следующим образом. В каждом тракте выделения сигналов после корреляции поступающей смеси и опорного колебания с выхода БФОК на выходе соответствующего коррелятора (последовательно соединенные перемножитель и ФНЧ) будут присутствовать помехи неортогональности, компенсация которых происходит в вычитающем блоке путем прибавления к инверсному напряжению на выходе коррелятора компенсирующего напряжения, формируемого в вычислителе.

Функциональная схема устройства, реализующего выполнение описанных функций по оптимальному разделению в общем случае неортогональных сигналов, приведена на фиг. 1.

Принцип работы предлагаемого устройства заключается в следующем.

Поступающая на вход устройства смесь трех сигналов и шума имеет вид где s_i·(t) - опорное колебание 1-го входного сигнала
n(t) - АБГШ с односторонней спектральной плотностью мощности N₀;
- информационные символы первого, второго и третьего индивидуальных сигналов, которые предполагаются взаимно независимыми
Оптимальное разделение смеси (1) при отношениях сигнал/шум, достаточных для приема символов r₁, r₂ и r₃ с допустимой вероятностью ошибки P_ош1 - P_ош2 = P_ош3 ≅ 10^-2, происходит в соответствии с алгоритмом разделения неортогональных сигналов:
r_i=rect{-b_i+B_i} (2)
где

где k = 1,2,3... - произвольный момент отсчета;

k₁=th(E₁₂); k₂=th(E₁₃); k₃=th(E₂₃);

Таким образом, устройство работает следующим образом. При поступлении смеси (1) в промежутке времени t ∈ ] t_k-1; t_k] БФОК 7, 8 и 9 формируют на своих выходах опорные колебания, близкие к S₁(t), S₂(t), S₃(t) синфазные с поступившими на вход соответствующими сигналами в смеси (1). Данные опорные колебания перемножаются с y(t) в перемножителях 1, 2 и 4, после чего результирующие сигналы поступают на входы фильтров нижних частот (ФНЧ) 10, 11 и 14, на выходах которых в момент времени t_k формируются напряжения, пропорциональные соответственно b₁, b₂ и b₃. К этому времени на выходах ФНЧ 12, 13 и 15 формируются напряжения, пропорциональные E₁₂, E₂₃ и E₁₃ соответственно, образуемые в результате корреляции соответствующих опорных колебаний. В вычислителях 16, 17 и 18 формируются компенсирующие напряжения, пропорциональные B₁, В₂ и В₃, в соответствии с величинами напряжений, пропорциональных b₁, b₂ и b₃, а также E₁₂, E₂₃ и E₁₃. Далее на выходах вычитающих блоков 19, 20 и 21 формируются напряжения, пропорциональные разности напряжений, сформировавшихся к этому времени на выходах вычислителей 16, 17, 18 и ФНЧ 10, 11, 14.

Данные напряжения поступают на ограничители 25, 26, 27 и участвуют далее в формировании соответствующих опорных колебаний, а также поступают на входы решающих блоков 22, 23 и 24, в которых принимаются решения в зависимости от полярности поступающих на них напряжений в соответствии с правилом, описываемым функцией Хевисайда:

Таким образом, на выходах первого 22, второго 23 и третьего 24 решающих блоков формируются оценочные значения r₁^*, r₂^* и r₃^*, соответствующие передаваемым символам r₁, r₂ и r₃.

БФОК 7, функциональная схема которого приведена на фиг.2, работает следующим образом.

Напряжения, формируемые на выходах ограничителей 26 и 27 в любой момент времени t ∈ ] t_k-1; t_k] (k = 1,2,3...), пропорциональны соответственно, где α₂, α₃= [0;1], и соответствуют "мягкому" оцениванию сигналов с напряжениями, пропорциональными "1" и "-1" (которые соответствуют информационным символам "0" и "1"). Данные напряжения поступают на вторые входы перемножителей 7.4 и 7.5, где перемножаются с поступающими на первые входы перемножителей 7.4 и 7.5 опорными напряжениями второго и третьего сигналов, сформированных к этому времени на выходах БФОК 8 и 9 соответственно и пропорциональными α₂·s₂(t) и α₃·s₃(t). В результате происходит наложение на опорные колебания второго и третьего сигналов информационной манипуляции в соответствии с оценками и r₂^* и r₃^* переданных символов r₂ и r₃. С выходов перемножителей 7.4 и 7.5 напряжения, пропорциональные , поступают на второй и третий входы вычитателя 7.8 соответственно, где происходит их вычитание из смеси y(t), поступающей на первый вход вычитателя 7.8. Результирующее напряжение передается на второй вход перемножителя 7.1, где с помощью напряжения, пропорционального = [0; 1], поступившего с выхода ограничителя 25 на первый вход перемножителя 7.1, происходит снятие информационной манипуляции в соответствии с оценкой r₁^* переданного символа r₁. В перемножителе 7.2 происходит снятие неинформационной манипуляции в соответствии с формой сигнала, формируемой генератором формы сигнала 7.6. В результате с выхода перемножителя 7.2 на вход полосового фильтра 7.7 поступает неманипулированное несущее колебание первого сигнала, искаженное АБГШ. В полосовом фильтре 7.7 происходит очистка указанного несущего колебания первого сигнала от белого шума. После чего в перемножителе 7.3 происходит наложение неинформационной манипуляции в соответствии с формой сигнала, формируемой генератором формы сигнала 7.6. На выходе перемножителя 7.3 в момент времени t ∈ ] t_k-1; t_k] формируется напряжение, пропорциональное α₁·s₁(t), причем если величины выходных напряжений вычитающих блоков 19, 20, 21 близки к пороговому уровню принятия решения - нулю, а следовательно, высока вероятность ошибки, то оценочный сигнал близок к нулю, при этом корреляторы не используют напряжения, которые соответствуют "ошибочным" моментам времени, что повышает вероятность разделения сигналов в целом.

БФОК 8 и БФОК 9, функциональные схемы которых показаны на фиг. 3 и фиг. 4, работают аналогично БФОК 7.

Вычислитель 16, алгоритм функционирования которого представлен на фиг. 5, работает следующим образом.

На первый вход 16.1 с выхода второго фильтра нижних частот 11 поступает величина b₂, на второй вход 16.2 с выхода третьего фильтра нижних частот 12 поступает величина E₁₂, на третий вход 16.3 с выхода четвертого фильтра нижних частот 13 поступает величина E₂₃, на четвертый вход 16.4 с выхода шестого фильтра нижних частот 15 поступает величина E₁₃, на пятый вход 16.5 с выхода пятого фильтра нижних частот 14 поступает величина b₃. Эти величины являются исходными данными для алгоритма функционирования вычислителя. Величина X₁ на фиг. 3а является числителем дроби, находящейся под знаком In (логарифм натуральный) в формуле (4а), по которой составлен алгоритм. Величина Y₁ является знаменателем дроби в формуле (4а). На выходе вычислителя формируется компенсирующее напряжение B₁ для первого выделяемого сигнала согласно формуле (4а), преобразованной для удобства работы вычислителя в формулу (5а).

Arth(X₁/Y₁)=0.5In((X₁+Y₁)/ (X₁-Y₁
))=0.5(In(X₁+Y₁- In(X₁-Y₁)) (5a)
Компенсирующее напряжение B₁ для первого разделяемого сигнала с выхода вычислителя поступает на второй вход первого вычитающего блока 19.

Вычислитель 17, алгоритм функционирования которого представлен на фиг. 6, работает следующим образом.

На первый вход 17.1 с выхода первого фильтра нижних частот 10 поступает величина b₁, на второй вход 17.2 с выхода четвертого фильтра нижних частот 13 поступает величина E₂₃, на третий вход 17.3 с выхода третьего фильтра нижних частот 12 поступает величина E₁₂, на четвертый вход 17.4 с выхода шестого фильтра нижних частот 15 поступает величина E₁₃, на пятый вход 17.5 с выхода пятого фильтра нижних частот 14 поступает величина b₃. Эти величины являются исходными данными для алгоритма функционирования вычислителя. Величина X₂ на фиг. 3б является числителем дроби, находящейся под знаком In (логарифм натуральный) в формуле (4б), по которой составлен алгоритм функционирования. Величина Y₂ является знаменателем дроби в формуле (4б). На выходе вычислителя формируется компенсирующее напряжение B₂ для второго выделяемого сигнала согласно формуле (4б,), преобразованной для удобства работы вычислителя в формулу (5б).

Arth (X₂/Y₂)= 0.5 In ((X₂+Y₂)/(X₂-Y₂))= 0.5 (In(X₂+Y₂)-In(X₂-Y₂)), (5б)
Компенсирующее напряжение B₂ для второго разделяемого сигнала с выхода вычислителя поступает на второй вход второго вычитающего блока 20.

Вычислитель 18, алгоритм функционирования которого представлен на фиг. 7, работает следующим образом.

На первый вход 18.1 с выхода первого фильтра нижних частот 10 поступает величина b₁, на второй вход 18.2 с выхода шестого фильтра нижних частот 15 поступает величина E₁₃, на третий вход 18.3 с выхода третьего фильтра нижних частот 12 поступает величина E₁₂, на четвертый вход 18.4 с выхода второго фильтра нижних частот 11 поступает величина b₂, на пятый вход 18.5 с выхода четвертого фильтра нижних частот 13 поступает величина E₂₃. Эти величины являются исходными данными для алгоритма функционирования вычислителя. Величина X₃ на фиг. 3в является числителем дроби, находящейся под знаком In (логарифм натуральный) в формуле (4в), по которой составлен алгоритм. Величина Y₃ является знаменателем дроби в формуле (4в). На выходе вычислителя формируется компенсирующее напряжение В₃ третьего выделяемого сигнала согласно формуле (4в), преобразованной для удобства работы вычислителя в формулу (5 в).

Arth(X₃/Y₃)=0.5 In((X₃+Y₃)/(X₃-Y₃))=0.5 (In(X₃+Y₃)-In(X₃-Y₃)). (5в)
Компенсирующее напряжение B₃ для третьего разделяемого сигнала с выхода вычислителя поступает на второй вход третьего вычитающего блока 21.

Оценка потенциальной помехоустойчивости оптимального разделения трех неортогональных цифровых сигналов двоичной фазовой манипуляции приведена в приложении 1.

Сравнительный анализ частотно-энергетической эффективности оптимального разделения трех неортогональных цифровых сигналов двоичной фазовой манипуляции приведен в приложении 2.

Таким образом, при такой совокупности существенных признаков повышается частотно-энергетическая эффективность функционирования устройства за счет возможности разделения на фоне аддитивного белого гауссовского шума (АБГШ) трех в общем случае неортогональных сигналов двоичной фазовой манипуляции, в том числе и линейно-зависимых сигналов, например сигналов, полностью совпадающих по форме и отличающихся только по амплитуде (мощности) и независимым информационным фазовым сдвигам на 180^o.

Источники информации
1. Варакин Л.Е. Системы связи с шумоподобными сигналами. - М.: Радио и связь, 1985, 384 с.

2. Сикарев А.А., Лебедев С.Н. -М.: Радио и связь, 1983, 216 с.

3. Коржик В.И., Финк Л.М., Щелкунов К.Н. Расчет помехоустойчивости систем передачи дискретных сообщений. - М.: Радио и связь, 1981, 232 с.

4. Расчет и проектирование линейных аналоговых ARC- устройств. Пособие по курсовому и дипломному проектированию /Под ред.проф. А.А.Ланнэ-Л.: -ВАС, 1980, с. 252.

5. Белецкий А.Ф. Линейные устройства аппаратуры связи -Л.: -ВАС, 1972, с. 207.

6. Емелин Б.Ф. Справочник по расчету линейных радиотехнических цепей -Л. : -ВАС, 1966, с. 220.

7. Цифровой процессор обработки сигналов TMS- 32010 и его применение /Под ред. проф. А.А. Ланнэ, - Л.: ВАС, 1990, с. 296.

8. Достал И. Операционные усилители. Пер. с англ. -М.: Мир, 1982, 512 с.

Формула изобретения

Адаптивное устройство разделения сигналов двоичной фазовой манипуляции, содержащее первый - третий перемножители, первый - третий фильтры нижних частот, первый и второй блоки формирования опорного колебания, первый и второй вычитающие блоки, первый и второй решающие блоки, причем первые входы первого и второго перемножителей, а также первые входы первого и второго блоков формирования опорного колебания соединены и являются входом устройства, выход первого перемножителя подключен к входу первого фильтра нижних частот, выход второго перемножителя - к входу второго фильтра нижних частот, выход первого блока формирования опорного колебания соединен с вторым входом второго блока формирования опорного колебания, с третьим входом третьего блока формирования опорного колебания, с вторым входом первого перемножителя и первым входом третьего перемножителя, выход второго блока формирования опорного колебания соединен с вторыми входами первого и третьего блоков формирования опорного колебания, с вторыми входами второго и третьего перемножителей, выход третьего перемножителя соединен с входом третьего фильтра нижних частот, выходы первого и второго фильтров нижних частот - с первыми входами первого и второго вычитающих блоков соответственно, выходы первого и второго вычитающих блоков соединены с входами первого и второго решающих блоков соответственно, выходы которых являются соответственно первым и вторым выходами устройства, отличающееся тем, что дополнительно введены четвертый - шестой перемножители, четвертый - шестой фильтры нижних частот, третий блок формирования опорного колебания, третий вычитающий блок и третий решающий блок, первый - третий вычислители, первый - третий ограничители, причем первый вход четвертого перемножителя и первый вход третьего блока формирования опорного колебания соединены с первым входом второго блока формирования опорного колебания, выход третьего блока формирования опорного колебания подключен к третьим входам первого и второго блоков формирования опорного колебания, к вторым входам четвертого и пятого перемножителей и к первому входу шестого перемножителя, второй вход которого соединен с выходом первого блока формирования опорного колебания, первый вход пятого перемножителя соединен с выходом второго блока формирования опорного колебания, вход пятого фильтра нижних частот соединен с выходом четвертого перемножителя, а его выход - с первым входом третьего вычитающего блока и пятыми входами первого и второго вычислителей, вход четвертого фильтра нижних частот подключен к выходу пятого перемножителя, а его выход - к третьему входу первого вычислителя, к второму входу второго вычислителя и пятому входу третьего вычислителя, вход шестого фильтра нижних частот подключен к выходу шестого перемножителя, а его выход - к четвертым входам первого и второго вычислителей и к второму входу третьего вычислителя, выход третьего фильтра нижних частот соединен с третьими входами второго и третьего вычислителей и с вторым входом первого вычислителя, первые входы второго и третьего вычислителей соединены с выходом первого фильтра нижних частот, первый вход первого вычислителя и четвертый вход третьего вычислителя подключены к выходу второго фильтра нижних частот, выходы первого - третьего вычислителей соединены с вторыми входами первого - третьего вычитающих блоков, вход первого ограничителя соединен с выходом первого вычитающего блока, а его выход - с четвертым входом первого блока формирования опорного колебания и пятыми входами второго и третьего блоков формирования опорного колебания, вход второго ограничителя соединен с выходом второго вычитающего блока, а его выход - с пятым входом первого блока формирования опорного колебания, с четвертым входом второго блока формирования опорного колебания и с шестым входом третьего блока формирования опорного колебания, вход третьего ограничителя соединен с выходом третьего вычитающего блока, а его выход - с шестыми входами первого и второго блоков формирования опорного колебания и с четвертым входом третьего блока формирования опорного колебания, вход третьего решающего блока соединен с выходом третьего вычитающего блока, а его выход является третьим выходом устройства.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7