Устройство адаптивного приема дискретных сигналов

Устройство адаптивного приема дискретных сигналов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

УСТРОЙСТВО АДАПТИВНОГО ПРИЕМА ДИСКРЕТНЫХ СИГНАЛОВ, содержащее декодер и последовательно соединенные автоматический регулятор уровня, фильтр, фазовращатель, аналого-цифровой преобразователь, адаптивный корректор, блок демодуляции, блок поэлементного вынесения решения и первый блок вычисления ошибки, при этом выход фильтра подключен к второму информационному входу аналогоцифрового преобразователя, первый и второй управляющие входы которого соединены, с управляющими выходами соответственно блока демодуляции и адаптивного корректора, второй управляющий выход которого подключен к управляющему входу автоматического регулятора уровня, а выход блока демодуляции подключен к второму входу первого блока вычисления ошибки, отличающееся тем, что, с целью повьш1ения помехоустойчивости I при селективных по частоте замираниях , в него введены линия задержки, последовательно соединенные нерекурсивный адаптивной фильтр, второй блок вычисления ошибки, первый умножитель и второй умножитель, последовательно соединенные третий блок вычисления ошибки и блок вынесения решения в целом, последовательно соединенные детектор качества и третий умножитель, причем выход блока демодуляции подключен к первым входам третьего блока вычисления ошибки и детектора качества непосредственно, а к второму входу второго блока вычисления ошибки - через линию задерж ки, выход блока поэлементного вынесения решения подключен к информацион (Л ному входу нерекурсивного адаптивного фильтра и к второму входу детектора качества, выход которого подключен к второму входу первого умножителя , выход которого подключен к управляющему входу нерекурсивного адаптивного фильтра, второй выход которого подключен к второму входу со третьего блока вычисления ошибки, 00 первый и второй выходы блока вынесесо ния решения в целом подключены соответственно к входу декодера и к третьему входу третьего блока вычисления ошибки, второй вход и выход третьего умножителя соединены соответственно с выходом первого блоха вычисления ошибки и со вторым входом блока демодуляции, второй управляющий выход которого подключен к второму входу второго умножителя, выход которого подключен к управляющему входу адаптивного корректора.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

6« И

РЕСПУБЛИН

„,SU„„11 891 1бц Н 04 В 1/10 .

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3502957/18-09 (22) 20.10.82 (46) 15.09.84 Бюл. Р 34 (72) К.Ф.Астапкович, В.В.Державина и С.И.Лопатин (71) Ленинградский электротехнический институт связи им.проф.М.А.БончБруевича (53) 621.391. 1(088.8) (56) 1. JEFE Tranzaction on Communication TechnoIogy, voI СОМ.-22, У 5, 1974, р.р.624-625.

2. Авторское свидетельство СССР

Н 832731, кл. Н 04 В 1/10, 1978 (прототип). (54)(57) УСТРОЙСТВО АДАПТИВНОГО ПРИЕМА ДИСКРЕТНЫХ СИГНАЛОВ, содержащее декодер и последовательно соединенные автоматический регулятор уровня, фильтр, фаэовращатель, аналого-цифровой преобразователь, адаптивный корректор, блок демодуляции, блок пазлементного вынесения решения и первый блок вычисления ошибки, при этом выход фильтра подключен к второму информационному входу аналогоцифрового преобразователя, первый и второй управляющие входы которого соединены с управляющими выходами соответственно блока демодуляции и адаптивного корректора, второй управляющий выход которого подключен к управляющему входу автоматического регулятора уровня, а выход блока демодуляции подключен к второму входу первого блока вычисления ошибки, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повьппения помехоустойчивости i при селективных по частоте замираниях, в него введены линия задержки, последовательно соединенные нерекурсивный адаптивной фильтр, второй блок вычисления ошибки, первый умножитель и второй умножнтель, последовательно соединенные третий блок вычисления ошибки и блок вынесения решения в целом, последовательно соединенные детектор качества и третий умножитель, причем выход блока демодуляции подключен к первым входам третьего блока вычисления ошибки и детектора качества непосредственно, а к второму входу второго блока вычисления ошибки — через линию задержки, выход блока поэлементного вынесе- Е ния решения подключен к информационному входу нерекурсивного адаптивного фильтра и к второму входу детектора качества, выход которого подключен к второму входу первого умножителя, выход которого подключен к

)sea управляющему входу нерекурсивного

laaeL адаптивного фильтра, второй выход которого подключен к второму входу

laaL третьего блока вычисления ошибки, CQ. первый и второй выходы блока вынесе- ОО ния решения в целом подключены соот- Щ ветственно к входу декодера и к третье- п му входу третьего блока вычисления ошибки, второй вход и выход третьего умножителя соединены соответственно с выходом первого блоха вычисления ошибки и со вторым входом блока ф демодуляции, второй управляющий выход которого подключен к второму вхо ду второго умножителя, выход которого подключен к управляющему входу адаптивного корректора.

1113891

Изобретение относится к электросвязи и может, использоваться в тех-. нике передачи данных.

Известно устройство адаптивного приема дискретных сигналов, содержа- 5 щее блок демодуляции, низкочастотный фильтр, адаптивный корректор, дополнительную линию задержки, два строби1 рующих устройства, процессор, осуществляющий рекуррентную нелинейную операцию вынесения решения о принятой последовательности символов в целом по критерию максимального правдоподобия, две линии задержки, сумматор, блок адаптивной индентифи- 15 кации импульсной характеристики канала связи, первый, второй, третий и четвертый блоки вычисления ошибки, генератор тактового колебания 11) °

Недостаток известного устройства 20 состоит в том, что наличие задержки, вызванной вынесением решения в целом о принятой последовательности символов при адаптивной подстройке фазы опорного колебания, коэффициен- 25 тов адаптивного корректора и фазы тактового колебания приврдит к потере помехоустойчивости при наличии в канале селективных по частоте замираний, 30

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство адаптивной обработки дискретных сигналов, содержащее декодер и последовательно соединенные автома- З 5 тический регулятор уровня, фильтр, фазовращатель, аналого-цифровой преобразователь, адаптивный корректор, .блок демодуляции, блок поэлементного вынесения решения и первый блок вы- 40 числения ошибок, при этом выход фильтра подключен к второму информационному входу аналого-цифрового преобразователя, первый и второй управляющие входы которого соедине- . 45 ны с управляющими выходами соответственно блока демодуляции и адаптив,ного корректора, второй управляющий выход которого подключен к управляющему входу автоматического регулятора уровня, а выход блока демодуляции подключен к второму входу первого блока вычисления ошибки 2) .

Недостатком данного устройства является то, что наличие в канале 55 связи амплйтудно-частотных искажений приводит к потере помехоустойчивости при линейном методе обработки

2 принятого сигнала и поэлементном правиле вынесения решения о принятом символе.

Цель изобретения — повышение помехоустойчивости приема дискретных сигналов при селективных по частоте замираниях.

Для достижения указанной цели в устройство адаптивного приема дискретных сигналов, содержащее декодер и последовательно включенные автоматический регулятор уровня, фильтр, фазовращатель, аналого-цифровой преобразователь, адаптивный корректор, блок демодуляции, блок поэлементного вынесения решения и первый блок вычисления ошибки, при этом выход фильтра подключен к второму информационному входу аналого-цифрового преобразователя, первый и второй управляющие входы которого соединены с управляющими выходами соответственно блока демодуляции и адаптивного корректора, второй управляющий выход которого подключен к управляющему входу автоматического регулятора уровня, а выход блока демодуляции подключен к второму входу первого блока вычисления ошибки, введены линия задержки, последовательно соединенные нерекурсивный адаптивный фильтр, второй блок вычисления ошибки, первый умножитель и второй умножитель, последовательно соединенные третий блок вычисления ошибки и блок вынесения решения в целом, последоватеяьно соединенные детектор качества и. третий умножитель, причем выход блока демодуляции подключен к перI вым входам третьего блока вычисления ошибки и детектора качества непосредственно, а к второму входу второго блока вычисления ошибки — через линию задержки, выход блока поэлементного вынесения решения подключен к информационному входу нерекурсивного адаптивного фильтра и к второму входу детектора качества, выход которого подключен к второму входу первого умножителя, выход которого подключен к управляющему входу нерекурсивного адаптивного фильтра, второй выход которого подключен к второму входу третьего блока вычисления ошибки, первый и второй выходы блока вынесения решения в целом подключены соответственно к входу декодера и к третьему входу третьего блока вы(2) з 111389 числения ошибки, второй вход и выход третьего умножителя соединены соответственно с выходом первого блока вычисления ошибки и со вторым входом блока демодуляции, второй управляющий выход которого подключен к второму входу второго умножителя, выход которого подключен к управляющему входу адаптивного корректора.

На чертеже представлена структур- 10 ная электрическая схема предложенного устройства.

Устройство адаптивного приема дискретных сигналов содержит автоматический регулятор уровня 1, фильтр 2 фазовращатель 3, аналого-цифровой преобразователь 4, адаптивный корректор 5, блок демодуляции 6, блок поэлементного вынесения решения 7, декодер 8, первый блок вычисления 20 ошибки 9, блок вынесения решения в целом 10, нерекурсивный адаптивный фильтр 11, второй блок вычисления ошибки 12, третий блок вычисления ошибки 13, линию задержки 14, детек- 2g тор качества 15;. первый умножитель 16, второй умножитель 17 и третий умножитель 18.

Устройство работает следующим образом. 30

Принятый сигнал поступает на вход автоматического регулятора уровня 1, для управления которым используется значение коэффициента усиления центрального отвода линии задержки адаптивного корректора 5. Это позволяет осуществлять точную регулировку уровня принимаемого сигнала по критерию минимума среднеквадратической ошибки.

Затем принятый сигнал фильтруют.

С помощью фазовращателя 3 образуют квадратурный подканал. Сигналы синфазного и квадратурного подканалов стробируют и преобразуют в цифровую 45 форму в аналого-цифровом преобразователе 4. Управляют фазой момента стробирования с учетом импульсной характеристики адаптивного корректооа 5 и знака опорного колебания в соответствии с выражением н (л11= ® ь,K. к; ReC„)q gn:об(ц,;giq)

1 (л) где „ j) — фа-sa момента стробирования в -м такте, — весовой коэффициент;

1 4 о — коэффициент пропорциональ. ности равный О при 1=-1 и 1 приЪ=1

° .

С вЂ” коэффициент усиления Ъ -го регулятора адаптивного корректора 5 ;

Ы, — циклическая частота опорного колебания, лр — величина расхождения фаз несущего и опорного колебаний;

T — величина единичного интервала (такта).

Далее сигнал подвергается коррекции в адаптивном корректоре 5, который представляет из себя адаптивный нерекурсивный фильтр, настраиваемый по критерию минимума среднеквадратической ошибки. Он реализован на линии задержки с отводами, расположенными через интервалы равные Т/2. Регуляторы адаптивного корректора 5 выполнены на умножителях. Коэффициент усиления i-ro.ðåãóëÿòoðà определяется произведением выборки принятого сигнала, поступающей с i, -го отвода линии задержки, и сигнала ошибки, общего для всех регуляторов, и определяется выражением

С;(рл =С;(1ль2Е,(";(g1, где C;Q) †. комплексный коэффициент усиления -го регулятора на л, -м такте, Е,Я вЂ” отсчет сигнала ошибки на управляющем входе адаптивного корректора 5, Х,ф — отсчет сигнала в ь -м отводе линии задержки адаптивного корректора 5 на ь -м такте, ь | — весовой коэффициент.

Сигналы с выходов .регуляторов адаптивного корректора 5 объединяются в сумматоре и поступают для дальнейшей обработки в блок демодуляции 6 качания фазы несущего колебания.

В блоке демодуляции 6 осуществляется перенос принятого сигнала в полосу частот эквивалентного низкочастотного канала и компенсируются искажения, обусловленные расхождением частот и фаз несущего и опорного колебаний, а также качанием фазы несущего колебания (фазовым джиттером), Для этого подстраивают фазу опорного колебания, используемого для демодуляции, в соответствии с выражением

1113891 гце фЯ вЂ” оценка фазы несущего коле5 бания на -м такте; ® — отсчет сигнала на выходе блока поэлементного вынесения решения 7 в -м такте, дЪь| - весовые коэффициенты, @- разность сигналов на выходе блока демодуляции, 6 и выходе блока поэлементного вынесения решения 7.

Выражение описывает работу цифровой системы фазовой автоподстройки частоты второго порядка. Использование для подстройки фазы опорного колебания выходного сигнала блока поэлементного вынесения решения 7 позволяет оперативно отслеживать качание фазы несущего колебания и успешно его компенсировать для достижения когерентной демодуля- цин.

С выхода блока демодуляции 6 принятый сигнал поступает в блок поэлементного вынесения решения 7. Здесь ои сравнивается с эталонными значениями передаваемого сигнала. С принятым

> сигналом сопоставляется наиболее близ— кий ему эталонный сигнал и далее этот эталонный сигнал поступает на выход блока поэлементного вынесения решения 7. Этот процесс экви35 валентен сопоставлению каждого принятого сигнала с соответствующим переданным символом, поскольку на передающей стороне имеется однозначно

40 соответствие передаваемого сигнала информационному символу.

С входа и выхода блока поэлементного вынесения решения 7 сигналы поступают в первый блок вычисления

45 ошибки 9, включающий в себя сумматор и умножптель. Здесь осуществляется вычисление сигнала ошибки, необходимого для подстройки фазы колебания последних слагаемых в уравнении (3) .

С выхода блока поэлементного вынесения решения 7 сигнал поступает также на вход нерекурсивного адаптивного фильтра 11. Этот блок в совокупности с вторым блоком вычисления ошибки 12 и блоком поэлементного вынесения решения 7 образует систему адаптивной индентификации име() -го регулятора нерекурсивного адаптивного фильтра 11 на g -м такте, отсчет сигнала ошибки на управляющем входе адаптивного нерекурсивного фильтра 11; отсчет сигнала в 1 -м отводе линии задержки нерекурсивного фильтра 11 на 1 -м такте, весовой коэффициент.

Второй блок вычисления ошибки 12 представляет собой сумматор, который, используя задержанный линией задержки 14 сигнал с выхода блока демодуляции 6 и сигнал с выхода нерекурсивного адаптивного фильтра 11, вычисляет сигнал ошибки, необходимый для постройки адаптивного корректора 5 и нерекурсивного адаптивного фильтра 11.

Введение линии задержки 14 в цепь демодулированного сигнала обусловлено необходимостью выравнивания задержки сигналов, поданных во второй блок вычисления ошибки 12 из нерекурсивного адаптивного фильтра 11 и блока демодуляции 6. Эта задержка обусловлена задержкой, вносимой схемой нерекурсивного адаптивного фильтра 11

Она оценивается как половина интервала времени, на который рассчитана линия задержки некурсивного адаптивного фильтра 11. пульсной характеристики канала связи. Она осуществляет моделирование импульсной характеристики четырехполюсника, нули коэффициента передачи которого в частотной области совпадают с нулями коэффициента передачи канала связи. Структура нерекурсивного адаптивного фильтра 11 аналогична структуре адаптивного корректора 5 за исключением того, что отводы линии задержки расположены через определенные интервалы.

Коэффициенты усиления в отводах линии задержки нерекурсивного адаптивного фильтра 11 подстраиваются стахостически по критерию минимума среднеквадратической ошибки в соответствии с выражением

1113891 значительных линейных искажениях в канале связи. Удовлетворительная подстройка адаптивного корректора 5, фазы опорного колебания и нерекурсив5 ного адаптивного фильтра 11 возможна при вероятности ошибки при поэлементом вынесении решения порядка

1,5 -10" 10

Поскольку система вынесения решения о принятой последовательности символов,. в целом по критерию максимального правдоподобия в совокупности с системой адаптивной идентификации импульсной характеристики канала связи ориентирована на компенсацию искажений, вносимых нулями коэффициента передачи канала связи, то задачей адаптивного корректора 5 является сведение частотной характеристики сквозного тракта передачи к частотной характеристике. нерекурсивного адаптивного фильтра 11. Это достигается подстройкой коэффициентов адаптивного корректора 5 в соответствии с выражениями (2), (6) и (5).

Рекуррентная нелинейная процедура вынесения решения о приятной последовательности символов в целом по критерию. максимального правдоподобия базируется на представлении системы передачи сигнала данных s виде систем с конечным числом состояний, характеризуемых векторамиЗ

Ф на -м такте. В качестве вектора состояния целесообразно. выбрать вектор т j=(а1,,",,а „) (7) где - — отсчет информационного cur-.

ià нала, разрешенного к передаче

oL — число ненулевых отсчетов импульсной характеристики сквозного тракта передачи сигнала данных.

Число различных векторов состояния равно р, где )А — размерность алфавита информационных символов. Переход системы из состояния 6 1 в состояние 3j характеризуется целевой функцией ! Еаза-Е1 (8) блока демодуляции 6.

Сигнал ошибки из второго блока 10 вычисления ошибки 12 поступает на вход нерекурсивного адаптивного фильтра 11 через первый умножитель 16, с выхода которого он также поступает на первый вход второго умножите- 15 ля 17. Во втором умножителе 17 формируется сигнал ошибки, необходимый для подстройки адаптивного корректора 5 в соответствии с выражением 20

Е (t > Я ()0 5 0(" P3,1t1)

J где ф — оценка фазы несущего коле)ф-1

6 ания, — оценка фазы тактового коле- 25

3 бания.

Наличие в канале. связи с селективными по частоте замираниями искажениями, вызванными значительной нерав- номерностью амплитудно-частотной ха- 30 рактеристики в рабочей полосе частот, не позволяет при поэлементном правиле вынесения решения о принятом символе реализовать помехоустойчивость, близкую к потенциальной ° 35

Для реализации такой помехоустойчивости целесообразно ввести в устройство систему вынесения решения о принятой последовательности символов в целом по критерию максимального 40 правдоподобия, которая состоит из третьего блока вычисления ошибки 1

13 и блока вынесения решения в целом 10.

Сигнал на выходе блока вынесе45 ния решения в целом 10 появляется со значительной задержкой и его нецелесообразно использовать для управления адаптивным корректором 5, бло-ком демодуляции 6 и нерекурсивным

50 адаптивным фильтром 11, так как при этом невозможно оперативно отслеживать изменение частотных характеристик канала, частоты, фазы и дрожания фазы несущего колебания. Поэлементно вынесенное решение о принятом символе содержит достатоЧную статистику для подстройки адаптивных систем устройства даже при весьма

Сигнал ошибки для подстройки адаптивного нерекурсивного фильтра 11 формируется в соответствии с выражени ем, 41=5 3 Ê(21- . об с «Е, (5) с где 3 (j) — отсчет сигнала на выходе

В соотэетствии с принципом оптимальности, начиная с 3 для

1,2,...N решается функциональное уравнение вида

l 113891 10

3; й;„ . (, б;1,- Е а,а ., ) > (9 л;ъ. где 3>(6>„ - оценка целевой функции

Ф ф,„ для каждого из ч воз- 5 можных векторов состояний. . Суть данного метода вынесения решения заключается в моделировании на основании наблюдения последовательности отсчетов демодулированного

10 сигнала.gLj(g)$ процесса смены состояний в модели, описываемой уравнением

К, I1) =K. V4,а,, +E,, (10) 20 где 1 — последовательность отсчетов некорректированного гауссовского шума на 1 -м такте.

При этом на каждом такте определяются по критерию максимального правдоподобия не сами переданные сигналы, а по одному наиболее вероятному переходу в каждое состояние.

Менее вероятные переходы в конкретное состояние отбрасываются. Результаты вычислений формируют граф переходов из состояния в состояние. Путем анализа последовательности состо30 яний, через которые проходит граф пере.ходов, соединяющий начальное и конечное состояния, нетрудно определить последовательность сигналов gq1j, а значит, и переданную последовательность информационных символов.

В третьем блоке вычисления ошибки 13 осуществляется вычисление оценок целевой функции j (fj ) в соответствии с выражением (10) для .

40 каждого из возможных переходов и выборнаиболее вероятного из них. Для выполнения этой операции в состав третьего блока вычислений ошибки 13 введены схем вычисления оценок целевой

Е

45 функции. Основу каждой из этих схем составляет линия задержки, в которую заносятся компоненты вектора Q . С выходов отводов линии задержки информационные сигналы поступают че50 рез умножитель на коэффициенты Же в сумматор, где формируется значение сигнала равного Ю, в, Затем

1 о с помощью последовательно соединенных сумматора, квадратора и накапли55 вающего сумматора с регистром для хранения значения целевой функции, вь»численного для данного вектора состояния на предыдущем такте, осущестнл лЯетсЯ вычисление 1 i;0 + . Вь1численные значения целевой функции затем сравниваются и результат сравнения передается в блок вынесения решения в целом 10. Операция выполняется последовательно для всех возможных значений а -1, которые поступают из постоянного запоминающего устройства эталонных сигналов блока вынесения решения в целом 10 в схемы вычисления оценок целевой функции под управлением построителя графа, находящегося в блоке вынесения решения в целом 10. Схема сравнения блока вынесения решения в целом 10 управляет также записью в буферные регистры схем вычисления оценок целевой. функции значений с, соот ветствующих минимальной Д(д -,4 .

На основании сравнения значений оценок целевой функции, вычисЛенных в третьем блоке вычисления ошибки 13, в сопоставлении с последовательностью перебора значений Q + в блоке выне3 сения решения в целом 10 осуществляется построение графа переходов и занесение его в соответствующую линию задержки блока вынесения решения в целом 10. С определенным видом переходов на каждом единичном интервале в построителе графа блока вынесения решения в целом 10 сопоставляется определенная кодовая комбинация, записываемая затем в линию задержки графа переходов. Дешифратор графа этого блока, анализируя последовательность таких кодовых комбинаций, поступающих с выходов линии задержки графа переходов, определяет оптимальный дуть и выдает на вход блока вынесения решения в целом 10 соответствующую последовательность инфор. мационных символов.

В декодере 8 осуществляются необходимые операции по снятию относительности с информационных символов и преобразование их в код, в котором информация поступает потребителю.

В устройство введен также детектор качества 15, состоящий из сумматора, квадратора, усреднителя и схемы сравнения. На вхоцы сумматора поступают сигналы с выходов блока демодуляции 6 и блока поэлементного вынесения решения 7. Полученный на выходе сумматора сигнал возводится в квадрат и усредняется. Затем полученное значение среднеквадратической ошибки

1113891

Составитель О.Андрушко

Техред M,Надь Корректор А. Зимокосов

Редактор С.Тимохина

Тираж 634 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Заказ 6635/45

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4 сравнивается с порогом. В случае, если среднеквадратическая ошибка превышает порог, на выходе схемы сравнения вместо сигнала "1" вырабатывается сигнал "О". Он поступает на входы первого 16 и третьего 18 умножителей, перемножается с сигналами. ошибки и запрещает. подстройку адаптивных систем устройства. Это предотвращает их ошибочную подстройку в случае глубоких замираний сигнала в канале связи, которая может привести к размножению ошибок при поэлементном вынесении решения. Подстройка адаптивных систем запрещается до тех пор, пока уровень помех в канале связи не снизится до уровня, обеспечивающего правильную подстройку адаптивного корректора 5, фазы опорного колебания и нерекурсивного адаптивного фильтра 11; в этом случае сигнал на выходе детектоII II р а качества 1 5 примет эначе ние 1

Технико-экономический эффект от использования предлагаемого устройства состоит в увеличении помехоустойчивости при селе к тивных по часто те замираниях з а счет рекурр ентной нелинейной операции вынесения р ешения о последовательности принятых символов в целом и о критерию максимальн о го правдоподобия в сочетании с адаптивной идентификацией импульсн ой характеристики канала связи и прекращением процесса адаптации при коррекции, подстройке фазы опорного колебания и идентификации импульсной характеристики канала связи н а время превышения ср едн екв адратиче ской ошибк ой порогового значения .