Способ и устройство синхронизации и устранения фазовой неоднозначности сигналов систем связи

 

Изобретение относится к области цифровой техники и может быть использовано при синхронизации и устранении фазовой неоднозначности сигналов систем связи. Технический результат - оптимизация обработки сигналов с абсолютной фазовой манипуляцией (АФМ) и относительной фазовой манипуляцией (ОФМ) и упрощение аппаратурной реализации. В способе сигнал демодулируют, дифференциально декодируют, суммируют сигналы синфазного и квадратурного каналов, сигнал коррелируют с уникальным словом синхросигнала, затем дифференциально кодируют, что обеспечивает синхронизацию приемной стороны и устранение фазовой неоднозначности для сигналов с АФМ, а для сигналов с ОФМ исключают дифференциальное кодирование. Устройство содержит последовательно соединенные когерентный демодулятор фазоманипулированных сигналов, дифференциальный декодер, сумматор синфазного и квадратурного каналов, регистр сдвига, коррелятор, выход которого является выходом устройства, и дифференциальный кодер, входы которого подключены к выходам декодера, а выходы дифференциального кодера являются выходами устройства. 2 н.п.ф-лы, 2 ил., 1 табл.

Изобретение относится к области цифровой техники и может быть использовано при обработке сигналов систем связи с фазовой модуляцией.

Передача информации в цифровой форме приобретает все большее распространение в системах связи. В настоящее время особое внимание уделяется разработке систем связи с многостанционным доступом на основе временного разделения каналов (МДВР). Как правило, в этих системах используются фазовые методы модуляции. При этом используется как абсолютная фазовая манипуляция (АФМ), так и относительная фазовая манипуляция (ОФМ). Иногда в одной системе связи используется и тот, и другой вид манипуляции. Так в системе "Спейд" в информационных каналах используется четырехфазная АФМ, а в канале общей сигнализации двухфазная ОФМ [1, с.201 и 202]. Каждый из этих методов манипуляции обладает своими преимуществами и недостатками.

Для систем связи с АФМ основным недостатком является режим "обратной работы", когда вместо исходной переданной информации на приемной стороне получается искаженная информация из-за неоднозначной фазы восстановленного опорного несущего колебания в демодулирующем устройстве. Преимуществом систем связи с АФМ по сравнению с ОФМ является более высокая помехоустойчивость (возникновение единичных ошибок на приемной стороне при единичных сбоях в линии связи).

Для систем связи с ОФМ основным недостатком является возникновение на приемной стороне парных ошибок при единичных сбоях в линии связи, что объясняется принципом организация ОФМ сигнала, когда значение последующего символа определяется относительно состояния предыдущего символа. Основным же достоинством является отсутствие режима "обратной работы" за счет предварительного дифференциального кодирования информации на передающей стороне и дифференциального декодирования ее на приемной стороне.

Для синхронизации и устранения "обратной работы" в системах связи с АФМ используют специальные кодовые посылки, которые хотя и снижают эффективность системы связи, но обеспечивают однозначное последующее восстановление исходной информации [5 - прототип]. Если в системе связи используется четырехфазная АФМ, то после демодулирующего устройства возможны следующие сочетания информации в подканалах: АВ, , А и В, где А, В и , - соответственно прямые и инверсные значения символов в подканалах.

Согласно способу-прототипу синхронизация и устранение неоднозначности производится выполнением следующих операций:

- принимаемый сигнал демодулируют (преобразуют в цифровую форму);

- коррелируют полученный цифровой поток с возможными кодовыми комбинациями уникальных слов синхронизации (АВ, , А, В - для четырехфазного сигнала);

- определяют по результатам корреляции тип уникального слова синхросигнала и формируют его отклик на временной оси, тем самым обеспечивают синхронизацию на приемной стороне;

- по результатам определения типа уникального слова синхронизации (вида фазовой неоднозначности) в сигнале приводят информационную часть к виду АВ, т.е. устраняют фазовую неоднозначность.

Недостатком способа-прототипа является сложность аппаратной реализации устройств кадровой, пакетной синхронизации и устранения фазовой неоднозначности.

Неоднозначность (“обратная работа”) в настоящее время устраняется применением корреляторов для каждого из возможных состояний кодовой комбинации синхропризнака. Отклик того или иного коррелятора используется для формирования управляющих сигналов устранения неоднозначности. В результате чего возможные комбинации АВ, , А, В трансформируются к исходной комбинации АВ.

Одна из возможных схем синхронизации и устранения неоднозначности, которая используется в современной аппаратуре для четырехпозиционной АФМ, приведена на фиг.2 [5 - прототип]. В состав устройства входят два N-битовых регистра сдвига 4, четыре коррелятора 5, четыре пороговых схемы 7 и четыре цифровых сумматора 8, дешифратор 9 и декодер данных 10.

Недостатком устройства-прототипа является сложность аппаратной реализации (особенно корреляторов со срабатыванием на уникальные слова синхросигнала с ошибками) и громоздкость устройства. В системах связи с МДВР передаются, как правило, пакетные, кадровые, суперкадровые сигналы, т.е. на приемной стороне должны быть установлены три комплекта устройств прототипа.

Целью изобретения является оптимизация способа обработки сигналов с АФМ и ОФМ и упрощение аппаратной реализации.

Для достижения указанной цели предлагается способ, при котором сигнал демодулируют и коррелируют с уникальным словом синхросигнала. Согласно изобретению после демодуляции сигнала введена операция дифференциального декодирования и суммирования сигналов синфазного и квадратурного каналов, а после корреляции введена операция дифференциального кодирования, приводящая к устранению фазовой неоднозначности при АФМ, для сигналов с ОФМ операцию дифференциального кодирования исключают (режим транзита).

Устройство, реализующее предлагаемый способ, содержит когерентный фазовый демодулятор сигналов и последовательно соединенные регистр сдвига и коррелятор. Согласно изобретению в него введены последовательно соединенные дифференциальный декодер и сумматор синфазного и квадратурного каналов, а также дифференциальный кодер, второй вход которого подключен к выходу коррелятора, а первые входы - к выходам декодера, при этом выходы демодулятора подключены ко входам дифференциального декодера, а входы регистра сдвига - к выходам сумматора. Выходами устройства являются выходы дифференциального кодера и коррелятора.

Предлагаемый способ и устройство, его реализующее, в литературе не описаны, явно не следуют из достижений науки и техники, поэтому они соответствуют критериям новизны и изобретательского уровня.

На фиг.1 приведена структурная схема устройства по предлагаемому способу, на фиг.2 - структурная схема устройства-прототипа.

По предлагаемому способу выполняют следующую последовательность операций:

- сигнал демодулируют;

- сигнал дифференциально декодируют;

- суммируют сигналы синфазного и квадратурного каналов;

- сигнал коррелируют с уникальным словом синхросигнала;

- сигнал дифференциально кодируют, что обеспечивает синхронизацию приемной стороны и устранение фазовой неоднозначности для сигналов с АФМ;

- исключают дифференциальное кодирование для сигналов с ОФМ.

Устройство по предлагаемому способу содержит (фиг.1) последовательно соединенные когерентный демодулятор фазоманипулированных сигналов 1, дифференциальный декодер 2, сумматор синфазного и квадратурного каналов 3, регистр сдвига 4 и коррелятор 5, и дифференциальный кодер 6. Выходы декодера 2 подключены ко входам кодера 6, выходы которого и выход коррелятора 5 являются выходами устройства.

Устройство работает следующим образом.

Входной сигнал промежуточной частоты F_ПЧ поступает на демодулятор 1, где преобразуется в цифровой поток в сопровождении тактовой частоты (для двухфазной модуляции А или , для четырехфазной АВ, , А, В). Далее сигнал АФМ поступает на дифференциальный декодер 2, где сигнал трансформируется в сигнал а' - для двухфазного сигнала и а'в' для четырехфазного сигнала, при этом только уникальные слова синхронизации трансформируются в постоянные кодовые комбинации независимо от неоднозначности демодулятора 1. Одновременно трансформируется и информация после декодера 2.

Постоянные уникальные слова синхронизации подканалов а' и в' суммируются в сумматоре 3 в поток а'в', поступают на регистр сдвига 4 и далее выделяются одним коррелятором 5, по отклику которого устанавливаются начальные биты в кодере 6 для восстановления исходной (переданной) информации. При обработке сигналов с ОФМ дифференциальный кодер 6 переводится в режим транзита.

Процедуры дифференциального кодирования/декодирования для сигналов 2ФМ и 4ФМ хорошо известны [1, с.201 и 202], для сигналов TRELLIS < 8ФМ и 16ФМ приведены в Приложении, для сигналов КАМ16,...,КАМ256 процедуры дифференциального кодирования/декодирования адекватны процедурам при 4ФМ, поскольку манипуляционные коды подбираются так, что при фазовых скачках восстановленной несущей демодулятора на 90 и 180° меняются значения только старших разрядов в синфазном и квадратурном каналах, именно они подвергаются процедурам дифференциального кодирования/декодирования по алгоритмам четырехфазной модуляции (4ФМ).

Рассмотрим суть процедуры обработки АФМ сигналов на конкретном примере для однократной АФМ. Пусть передается исходная последовательность

Тогда после демодулятора 1 получаем

Подвергаем ту и другую последовательность операции дифференциального декодирования по правилу

получаем

Искажения предшествующих символов перед кодовой комбинацией синхропризнака после демодулятора 1 вызывают единичную ошибку в кодовой комбинации после дифференциального декодера 2, а искажение символа в кодовой комбинации вызывает парную ошибку, что при большой разрядности (от 30 до 40 символов) кодовых слов в системах связи с МДВР сказывается незначительно на операции выделения синхропризнаков, если кодовое слово рассматривать как шумоподобный сигнал с большой базой. Далее с помощью только одного коррелятора выделяем синхропризнак, трансформированный в результате операции дифференциального декодирования к одной кодовой комбинации, сворачиваем его по длительности к элементарному символу и используем для начальной установки элемента памяти (A_i-1) дифференциального кодера. Устанавливаем A_i-1=0 и подвергаем информационную последовательность операции дифференциального кодирования по правилу

,

где А_i - исходное значение символов в настоящий момент времени;

A_i-1 - значение символа в предшествующий момент;

а_i - перекодированное значение символа в настоящий момент.

Тогда после кодера получаем исходную последовательность символов

при любой неоднозначности информационной последовательности после демодулятора 1.

Установка символа A_i-1=I для операции дифференциального кодирования по результатам выделения синхропризнака даст инверсную комбинацию исходной последовательности символов, т. е. необходимо иметь априорные данные об истинном значении последнего символа в кодовой комбинации синхропризнака и именно это значение использовать в качестве А_i-1 символа при операции дифференциального кодирования.

В таблице приведены результаты обработки АФМ сигналов при единичных сбоях в линии связи.

Из таблицы видно, что при возникновении единичных сбоев в линии связи на приемной стороне после операции декодирования возникают парные ошибки (см. выражение (1) и таблицу), которые при операции кодирования сводятся к одной ошибке. Казалось бы, что при операции дифференциального кодирования при единичных сбоях в линии связи с двухпозиционной АФМ должна получаться инверсная информационная последовательность, однако этого не происходит именно из-за того, что при предшествующей операции декодирования возникают парные ошибки. Первая ошибка дала бы инверсную информационную последовательность, но следующая за ней вторая ошибка дает исходную комбинацию, при этом вторая ошибка после декодера исправляется в кодере. Полученные данные могут быть распространены на обработку сигналов с АФМ более высокой кратности.

Таким образом, в результате рассмотренной процедуры обработки АФМ сигналов за счет использования устройств обработки ОФМ сигналов удалось оптимизировать процесс обработки, значительно упростить техническую реализацию устройства с сохранением высокой помехозащищенности и работоспособности устройства как по сигналам АФМ, так и по сигналам ОФМ.

Литература

1. Спилкер Дж. Цифровая спутниковая связь. - М.: Связь, 1979.

2. Киндлман П.Д. и Кунер Е.Б. Быстродействующий коррелятор. “Приборы для научных исследований”, 1968, №6.

3. Экспресс-информация ВИНИТИ, серия ПИ, 1974, №29, с.8-12.

4. Однокристальный коррелятор 64 бит слов. Электроника, 1980, №23, с.123 и 124.

5. Shunvoku Sasaki, Hiroshi Kurihara, Burst Codeword with arbitrary Length for Four-Phase CPSK/TDMA System. Fourth International Conference on Digital Satellite Communications, 23 - 25 October 1978, Montreal, p.327-332.

Формула изобретения

1. Способ синхронизации и устранения фазовой неоднозначности сигналов систем связи, при котором сигнал демодулируют и коррелируют с уникальным словом синхросигнала, отличающийся тем, что после демодуляции сигнал дифференциально декодируют и суммируют сигналы синфазного и квадратурного каналов, а после корреляции с уникальным словом сигнал дифференциально кодируют, чем обеспечивают синхронизацию приемной стороны и устраняют фазовую неоднозначность для сигналов с абсолютной фазовой модуляцией, при этом для сигналов с относительной фазовой модуляцией операцию дифференциального кодирования исключают (режим транзита).

2. Устройство, содержащее демодулятор и последовательно соединенные регистр сдвига и коррелятор, отличающееся тем, что в него введены последовательно соединенные дифференциальный декодер и сумматор синфазного и квадратурного каналов, выходы которого подключены ко входам регистра сдвига, а также дифференциальный кодер, при этом выходы демодулятора подключены ко входам декодера, выходы которого подключены к первым входам кодера, ко второму входу которого подключен выход коррелятора, выходами устройства являются выходы кодера и коррелятора.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2