Устройство для приема двоичных сигналов

Устройство для приема двоичных сигналов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к технике передачи и приема информации. Цель изобретения - повышение помехоустойчивости при наличии внеполосных помех. Устройство содержит фильтр нижних частот, синхронизатор, четыре перемножителя, два формирователя опорных сигналов, четыре интегратора, четыре инвертора, четырнадцать сумматоров, блок вычитания, решающий блок, четыре блока задержки, шесть блоков вычисления и два нелинейных сумматора. Данное устройство обеспечивает вычисление логарифмов апостериорных вероятностей сигналов S<SB POS="POST">1</SB>(T) и S<SB POS="POST">2</SB>(T), принимаемых на фоне белого Гауссова шума и внеполосной помехи &zgr; (T), которые затем используются для вынесения решения о номере принятого сигнала, что реализует оптимальный алгоритм обработки сигналов. 4 ил.

СОЮЗ СОНЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

1 Al!

5ц Н 04 L 27/20

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГННТ СССР (21) 4377174/24-09 (22) 12.02.88 (46) 23.06.90. Бюл. !!1 23 (71) Московский авиационный институт им. Серго Орджоникидзе (72) П.П. Загнетов и А.h, Ложкин (53) 621.394.62(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР !! 1406822, кл. Н 04 L 27/20, !986. (54) УСТРО!!СТВО ДЛЯ ПРИЕМА ДБОИЧНЬ!Х

СИГНАЛОВ (57) Изобретение относится к технике передачи и приема информации. Цель изобретения — повышение помехоустойчивости при наличии внеполосных помех. Устройство содержит фильтр нижИзобретение относится к технике передачи и приема информации, а именно к устройствам с подавлением помех в приемнике.

Цель изобретения — повьппение помехоустойчивости при наличии внеполосных помех.

На фиг. 1 и 2 изображена структурная электрическая схема предлагаемого устройства; на фиг. 3 — схема блока вычисления; на фиг. 4 — схема нелинейного сумматора.

Устройство содержит фильтр 1 нижних частот, синхронизатор 2, первый

3, второй 4, третий 5 и четвертый 6 перемножители, второй 7 и первый 8 формирователи опорных сигналов, первый 9,, второй 10, третий 1! и четних частот, синхронизатор, четыре перемножителя, два формирователя опорных сигналов, четыре интегратора, четыре инвертора, четырнадцать сумматоров, блок вычитания, решающий блок, четыре блока задержки, шесть блоков вычисления и два нелинейных. сумматора. Данное устройство обеспечивает вычисление логарифмов апосте4С риорных вероятностей сигналов St (t)

+ и S<(t), принимаемых на фоне белого

Гауссова шума и внеполосной помехи ((t), которые затем используются для вынесения решения о номере принятого сигнала, что реализует оптимальный алгоритм обработки сигналов. 4 ил. вертый 12 интеграторы, первый 3, второй !4, третий !5 и четвертый 16 инверторы, четвертый 17, третий 18, первый 19, второй 20, седьмой 21, восьмой 22, девятый 23 и десятый 24 сумматоры, блок 25 вычитания, решающий блок 26, первый блок 27 задержки, тринадцатый 28, одиннадцатый 29, двенадцатый 30, четырнадцатый 31 пятый 32 и шестой 33 сумматоры, первый 34, второй 35, четвертый 36, тре тий 37, шестой 38 и пятый 39 блоки вычисления, первый 40 и второй 41 нелинейные сумматоры, третий 42, четвертый 43 и второй 44 блоки задержки.

Блок вычисления состоит из экспоненциальных преобразователей 45 и 46, сумматора 47 и логарифмического уси1573551 .

Y(t) =S,(t)+n(t)+$(t) Е1 Е2

Е,-Е =Ь2;

Е, -E4=tfç, 50

0c t& T

0 Т; (1)

0ctcT ° лителя 48, нелинейные сумматоры "остоят из экспоненциальных преобразователей 49-52, сумматора 53 и логарифмического усилителя 54.

Входнои сигнал устройства для приема двоичных сигналов представляет собой аддитивную смесь противоположных информационных сиг% налов S (t), где i=),2, длительность которых равна Т, белого Гауссового шума n(t) и внеполосной помехи (t).

Форма передаточной характеристики фильтра ) нижних частот такова, что спектральная плотность мощности смеси шума и помехи на выходе фильтра равномерна. Информационные сигналы, 20 прошедшие через филь гр 1 нижних частот, .изменяют свою форму и растягиваются по длительности. Вид сигнала на выходе фильтра 1 нижних частот определяется сверткой сигнала S (t) 25

1 и импульсного отклика фильтра ) (С):

Ь

r; (t)= I S (t)g(c,-С)а(,. а

ЗО

Длительность сигналов r (t) равна

Т+Т, если Т вЂ” длительно сть импульсНого отклика фильтра l . .При воздействии на последний последовательности

)! сигналов $ (с) выходной сигнал представляет суперпозицию сигналов r, (t}.

Опорные сигналы S „< (t) i=) 2,3,4 поступают на вторые входы перемножиtåëåé 3-6 с выходов формирователей 7 и 8 опорных сигналов, имеют длительность, равную Т, и синхронизированы с началом отклика фильтра ) нижних

% частот на входной сигнал S (t). Фор45 ма опорньгх сигналов определяется формой отклика фильтра 1 нижних частот

) на воздействие сигналов S (t).

r! (t)+r, (t+T)+r1(t+2T);

0; t)Tp t(0, r,(t+27}+r<(t+7)+r (t};

0; 1-)71 t<0

r, (t+27) +r < (е+7 }+г, (!- );

0; а)Т; t<0 (С+27)+г,(t+T)+r (t) o t T 1

"Оп4

S I tI 2 ° ò l

0; t T; t<0.

Если дительность импульсного отклиF;a g(t), практически определяемая Т

)11 не превышает по длительности величину 2Т, корреляторы, образованные перемножителями 3-6 и интеграторами 9-12, обеспечивают вычисление взаимной корреляции сигналов с выхода фильтра нижних частот и опорных сигналов. При

T+T „< ЗТ последовательность информаМ ционных сигналов Я.(t)> i=),2 превращается на выходе фильтра l нижних г частот в последовательность сигналов

Я„ ():), 1=1,8, причем форма этих сигналов соответствует форме опорных сигналов!н справедливы следующие соотношения, s,(t)=s fI) (t)

s,(t) = -s „(-);

s,(.) =s,„, (t);

Я4 (ОП4 ()

s,(t) -s „(c);

Я„() = so„ý,(с}

"-,Ж = s.,(с)

ss(t)

Если учесть, что Я „(t) = — S<(t),m

s,(t)= -s,(t);

s2(} 7(s (t)= -s6(t);

Я5(t) (2)

Энергии сигналов S (t) где х=),8 на выходе фильтра 1 нижних частот, неравны где Е; — энергия сигнала Я; (с).

Сигналы S > (t}, j =),8 образуются в результате ийтерференции з фильтре I нижних частот, соседних на интервале времени 3Т входных информационных сигн налов S ° (t) Корреляторы, образованные перемножителями 3-6 и интеграторами 9-12, обеспечивают вычисление взаимной корреляции сигналов с выхода фильтра 1 нижних частот и опорных сигналов, причем, если учесть (2), то

BMBCTO FfOOI.F4H OnO)IHbfx CHI FfBJIOB можно использовать четыре, а для вычисления взаимной корреляции с оставшимися сигналами, полученный результат! 573551 необходимо проинвертировать9 как и делается в предлагаемом устройстве с помощью инверторов 13-!6.

Последовательность сигналов S.;(t), где i=1 8 на выходе фильтра 1 нижних частот, нельзя считать последовательностью статистически независимых сигналов, как это предполагается относительно последовательности информаф ционньгх сигналов S .(t), i=l,2, поэто1 му априорные вероятности P „ апр

i=l,8, появления на выходе фильтра l нижних частот сигнала S;(t), i=1,8, 15 нельзя считать одинаковыми, ! )( даже если сигналы S (t) i=l 2. в последовательности сигналов, поступающих на вход фильтра нижних частот, являются статистически независимыми.

Вычисленные в корреляторах значения корреляции выходного сигнала фильтра 1 нижних частот и опорных сигналов, пропорциональные логарифму функции правдоподобия сигналов S „

S7 S> S поступают на сумматоры 18, 19, 21 и 23, а их инверсии, пропорциональные логарифму функции правдоподобия сигналов SВ,Sq,S(,,S — на сумматоры 17,,20,22 и 24. Инвертирование выходных величин интеграторов

9-!2 осуществляется инверторами 13-16, На третьи входы сумматоров 19-24 од- . новременно на вторые входы сумматоров !7 и !8 поступают величины9 пропорциональные логарифму априорных 35 вероятностей сигналов S;(t) i 1,8, имеющиеся на выходах блоков 27 и 44, обеспечивающих задержку на время Т.

Учитывая, что энергии сигналов

S, (t), i=1,8, не одинаковы, величины 4Q

Z пропорциональные логарифмам апостериорных вероятностей сигналов S;(t), можно записать так

Е =Х

Е =Х +Ь19 45 .Е =Х +42;

Е ->ä+Ь39

Е,-Х,+I-I3; е,=х,+и;

Е, =Х,+М; 50

ZB=XS, Г где Х вЂ” 7 (г } Я О„(1 } с11 1пР

О г ! " ()-" (")1 "

О

i=2,3,4 — смещение, равное раз. ности опорных сигналов, вычисляемое в формирователях 7 и 8 опорных сигналов;

7 — сигнал с выхода фильтра 1 нижних частот.

Смешение (1! поступает с четвертого выхода формирователя 8 на вторые входы сумматоров 21 и 22, 6 3 — на вторые входы сумматоров 23 и 24, 62 с четвертого выхода формирователя 7 на вторые входы сумматоров 19 и 20.

Блоки 34-39 индентичны, Каждый из блоков нелинейной обработки вычисляет величину

ИЕ! =ln (ехр(2„)+ехр(2е)); 2,L1=1,8.

1 !!елинейные сумматоры 40 и 41 идентичны. Каждый из них вычисляют величину

Si L, „„N =1n(exp(Z„)+exp(Zg)+exp(Zz)+

+exp(2„)); К,L,II,N=I,((.

Алгоритм работы предлагаемого приемного устройства получен путем усреднения алгоритма работы приемного устройства для приема в целом по двум возможным значениям информационных символов.

Суммарный сигнал на выходе фильтра 1 нижних частот определяют как

S (,А), где Л =!8,-,S,;,...,S„,; ;

Г Ф % +

i-1 2 — входная реали-... зация Минформационных сигналов.

Любая реализация суммарного сигнала S (t,A) на выходе фильтра 1 нижних частот занимает интервал времени %0; (И+2)Т). В предположении того, что на выходе фильтра 1 нижних частот присутствует смесь белого шума n(t) со спектральной плотностью N 9 апостериорная вероятность реализации суммарного сигнала (или вектора 11.) в момент времени й=(М+2)Т равна

1 р(ях(е,A)7=2,р,„! Д)ехр (- — „ (М92)т о (М+2 т (Ме2)+

J 9 (еДИе + — J 2 (е)9 (e X)dt);

О О

К -const9 где Y (t)=S (t9$)+n(t) — аддитивная смесь последовательности интерферирующих сигналов и белого шума.

Первое слагаемое в выражении— сумма энергий непрекрывающихся сигналов S;(t), i- 1,8, для пслучения апостериорной вероятности К-ro инфор-, !

57355 ! >(" мационного символа Р($ ° ) усредняют к) последнее выражение по двум возможным значениям информационных символов

4 т(. ->(5 ($„,$ „ф ° ° SS к (1,, » м,t

I

»Ь (srts> г 0 ..., exp — - (Yz(t).S (t 3)dt-!! А)(е=-н о о

Ме — „0 Е k =const

Ы,,, > (3)

В выражениях (i)-{3) каждым трем соседним информационным символам поставлен в соответствие сигнал ". (1) ,к р

,i=1,8 на выходе фильтра нижних частот. Для К-го информационного сиг >чала после усреднения справедливы следующие выражения

P(S„-l)= P{$ „ )Р($,, =l)P(S „.,=1)+ и Р($,) P(Sk= -I)P(sk =I)+P(S k)

)r Р($ „=1)1 (Б k < = -1)+Р($1к)Р($ r(- =

>(>(= -1)Р($ „, = -1) Р($„„)Р($ „, -I )

>(>(P(S k, =1)IP(Sq„)P(S k»=I)P{S k+z= 1)+

P(S 1) Р($ )Р($ I Р($

1 Я- %

-1)+Р($,„)Р($„,=1)Р($ k; =a -1)+

+Р($ (()Р($ ((, =1)P(S к ) =1)+1 {Ббк )>

tP(S„- = к)Р(ок- 1)) (P(Saк+

xP{S"„,+(= -1)P(S„.2 = - )ФР{$ к+ )"

Р(Бк+, 1)Р($ ) (к )

«P(S"„, -I)P(S „„=I)+P($«.„)P(S «< -1)»

«P (S „-1) )

При синтезе алгоритма приема, мини- 45 мизиру>ощего полную вероятность ошибки, правило вынесения решения об информационном символе заключается в сравнении разноСти ло>арифмов апостериорных вероятностей этого симво- 50 ла с порогом, а именно S =1.

М

>(- >(1nP(S„=1)-1пР($ „= -1) >с О; (")

55 подставляя выражение дпя Р{Ь = !) и

4 к

Р {Бк = -1) в правило вынесения решения (4) и воспользовавшись алгебраическим тождеством

a(bt+df)=exp(laa+1n (exp(lab+

+1пс)+ехр {1nd+1nf))) можно получить алгоритм работы предлагаемого приемного устройства °

При синтезе приемного устройства предполагают, что решение о принимаемом символе выносится с задержкой на

I время T. Поэтому величины P($ =+1) равны соответственно О, >.

Величины вычисленные в сумматорах

32 и 33, будучи задержанными на время Т в блоках 42 и 43, г(редставляют собой логарифмы априорнсй вероятнос+ ти того, что P(S = 1) P{S „1) соответственно, Величины, вычисленные в блоках 38 и 39, будучи эадержаннь>ми на время Т в блоках 27 и 44, представляют собой логарифмы априорФ ной вероятности того, чтэ P (S = I )

k-!

>е и Р($ к, = -1) соответственно, Величины, вычисленные нелинейными сумматорами 40 и 41, сложенные в сумматорах с логарифмами априорных вероятностей, поступающих с выходов блоков 27 и 44, образуют величины:

Ф

Vr S4,с,з + +1 Р „($„1)1

Положительный (отрицательный) знак разности V -V,oïðåäåëÿåèsré с помошью блока 25 вычитания и решающего блока 2б, соответствует тэму случаю, когда апостериорная вероятность сигна1 ла S,(t) больше (меньше) апостериорной Ф вероятности сигнала $ Q(t), Таким образом, введенные блоки и связи обеспечивают. вычисление логариф- . мов апостериорных вероятностей сигна>(Х лов S, (t) и Б ((.), приним (емых на фоне белого гауссого шума и внеполосной помехи l (t), которкке потек испопезуются для вынесения решения о номере принятого сигнала, что реализует оптимальный алгоритм обработки сигналов.

Формула из обре т ения

Устройство для приема двоичных сигналов, содержащее фильтр нижних частот, вход которого является входом! 5735.5 устройства, а выход соединен с входом синхронизатора и первыми входами первого и второго перемножителей, выход синхронизатора соединен с входом пер5 ного формирователя опорных сигналов, первый и второй выходы которого соединены соответственно с вторыми -входами первого и второго перемножителей, выходы которых соответственно соединены с первыми входами первого и второго интеграторов, вторые входы которых соединены с третьим выходом формирователя опорных сигналов, четвертый выход которого соединен с первыми 15 входами первого и второго сумматоров, выход первого интегратора соединен с первым входом третьего сумматора и через первый инвертор с первым входом четвертого сумматора, выход второго интегратора соединен с вторым входом первого сумматора и через второй инвертор с вторым входом второго сумматора, четыре блока вычисления, первый блок задержки, выход которого 25 соединен с первым входом пятого сум— матора, вторым вхог,ом третьего сумматора и третьим входом второго сумматора, выход пятого сумматора соединен с первым входом блока вычитания, вто- 30 рой вход которого соединен с выходом шестого сумматора„ первый вход которого, втброй вход четвертого сумматора и третий вход первого сумматора соединены с выходом второго блока за в 35 держки, выход блока вычитания соединен с входом решающего блока, выход которого является выходом устроиства, выходы четвертого и третьего сумматоров соединены соответственно с 4О первыми входами первого и второго блоков вычитания, о т л и ч а ю— щ е е с я тем, что, с целью говышения помехоустойчивости при наличии внеполостных помех, введены второй формирователь опорных сигналов, третий, четвертый перемножители, третий, четвертый интеграторы, третий, четвертый инверторы, седьмой — четырнадцатый сумматоры, пятый, шестой блоки вычисления, первый, второй нелиней— ные сумматоры, третий, четвертый блоки задержки, причем выход фильтра нижних частот соединен с первыми входами третьего и четвертого перемножителей, выходы которых соответственно соединены с первыми входами третьего и,четвертого интеграторов, выход синхронизатора соединен с входом вто-. рого формирователя опорных сигналов, первый, второй, третий, четвертый и пятый выходы которого соединены соответственно с вторым входом четвертого перемножителя, вторым входом третьего геремножителя, вторыми входами-.третьего и четвертого интеграто-. ров, первыми входами седьмого и вось мого сумматоров, первыми входами девятого, десятого сумматоров, выход третьего интегратора соединен с вторым входом седьмого сумматора и через третий инвертор с вторым входом восьмого сумматора, выход четвертого интегратора соединен с вторым входом девятого сумматора и через четвертый инвертор с вторым входом десятого сумматора, выход первого блока задержки соединен с третьими входами восьмого и десятого сумматоров, выход второго блока задержки соединен с третьими входами седьмого и девятого сумматоров, выход первого сумматора соединен с вторым входом второго блока вычисления и первым входом первого нелинейного сумматора, выход второго сумматора соединен с вторым входом первого блока вычисления и первым входом второго нелинейного сумматора, выход седьмого сумматора соединен с вторым входом второго нелинейного сумматора и первым входом третьего блока вычисления, выход восьмого сумматора соединен с вторым входом первого нелинейного сумматора и первым входом четвертого блока вычисления, выход девятого сумматора соединен с третьим входом первого нелинейного сумматора и вторым входом четвертого блока вычисления, выход десятого сумматора соединен с

BTopbIM входом третьего блока вычисления и третьим входом второго нелинейного сумматора, четвертый вход которого соединен с выходом четвертого сумматора, выход третьего сумматора соединен с четвертым входом первого нелинейного сумматора, выход которого соединен с вторым входом пятого сумматора, выход которого через третий блок задержки соединен с первыми входами одиннадцатого и двенадцатого сумматоров, вторь1е входы которых соответственно соединены с выхоцами второго и четвертого блоков вычисления, выход второго нелинейноro сумматора соединен с вторым входом шестого сумматора, выход которого че11 15 рез четвертый блок задержки соединен с первыми входами тринадцатого и четырнадцатого сумматоров, вторые входы которых соответственно соединены с выходами первого и третьего блоков вы юисления, выход тринадцатого сумматора соединен с первым входом пятого блока вычисления, второй вход и выход которого соответственно соединены

73551

12 с выходом двенадцатого сучматора и входом второго блока задержки, выход одиннадцатого сумматора сэединен с

5 первым входом шестого блока вычисления, второй вход и выход которого соответственно соединены " выходом четырнадцатого сумматора и входом первого блока задержки.

1573551

1573551

Составитель Н, Лазарева

Редактор Н, Рогулич Техред Л.Сердюкова Корректор В, Кабаций

Заказ 1648 Тираж 528 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r.Ужгород, ул. Гагарина,101