Файл: Гинзбург, В. В. Теория синхронизации демодуляторов.pdf

Принцип действия УС основан на том, что в приемнике из сум­ марного сигнала вычитается служебный, после чего измеряется переходная помеха, вызванная влиянием информационных кана­ лов на тот канал, который мог бы быть образован на месте слу­ жебного.

Для измерения переходных помех в й-м канале используются корреляторы или коммутируемые согласованные (кинематические)

i=*l,

Под переходными помехами в этом случае в зависимости от реализационных особенностей аппаратуры удобно понимать ка­ кую-нибудь из величин

Х2 + К2, V X 2 + Y2, |Х| + |К|.

Коммутируемый согласованный фильтр (КФ) представляет со­ бой весьма узкополосный фильтр, настроенный на частоту в котором перед началом каждого измерения (выполняемого на

протяжении интервала длительностью Т0) устанавливаются нуле­ вые начальные условия. Под реализацией переходной помехи здесь удобно понимать амплитуду свободных колебаний на выходе фильтра после окончания очередного измерения. Можно показать [56], что эти колебания имеют вид

Статистические характеристики амплитуды С (или определен­ ной иначе переходной помехи) зависят от положения интервала интегрирования. В самом деле, если этот интервал целиком укла­ дывается внутри посылки, то в силу ортогональности канальных сигналов в отсутствие помех Х =У =0. Если же внутри интервала

*) Искажениями сигнала из-за ограниченности полосы пропускания тракта связи можно пренебречь, так как ширина полосы порядка L£i и во много раз превосходит 1 /Т.

128

интегрирования оказывается граница между посылками сигнала, то Х Ф У Ф 0, причем, как показано ниже, величина С в среднем тем больше, чем большая часть соседней посылки находится вну­ три интервала (соседней считается та посылка, в которую попала меньшая часть интервала интегрирования).

Итак, отклонения величины С от нуля свидетельствуют о рас­ синхронизации приемника. Однако для того чтобы использовать результаты измерения С для управления фс замкнутого УС, не­ обходимо еще определить знак рассинхронизации или, иными сло­ вами, знак фс. Для этого удобно воспользоваться разностью двух величин С, измеренных с временным сдвигом, т. е. при разных значениях tx в (5.3). Изменять фс следует в направлении, соответ­ ствующем меньшей из величин С.

Функциональная схема УС приведена на рис. 5.1. Устройство выделения служебного сигнала (ВСС) формирует гармонический

Рис. 5.1. УС по минимуму переходных помех:

/ — входной сигнал; 2 — синхросигнал

сигнал с частотой амплитуда и фаза которого совпадают с амплитудой и фазой служебного сигнала. В простейшем случае роль ВСС может играть узкополосный фильтр, полоса пропуска­ ния которого должна быть значительно меньшей 1/7\ но достаточ­ ной для компенсации медленных изменений параметров сигнала.

Если передаточная функция фильтра на частоте служебного сигнала отлична от единицы, то после фильтра следует включить масштабный усилитель и фазовращатель.

С помощью вычитающего устройства («—») образуется раз­ ность между суммарным и служебным сигналами. КФ1 и КФг ра­ ботают со сдвигом АТ, задаваемым устройством управления, ко­ торое является составной частью устройства формирования син­ хросигнала (УФС) (двойные стрелки на рис. 5.1 означают слож­ ные связи, отражающие несколько импульсов управления).

Взаимное расположение интервалов интегрирования показано на временной диаграмме рис. 5.2. Интервал интегрирования, отме­ ченный штриховкой сверху, используется для измерения Си а сдвинутый относительно него на АТ интервал, отмеченный штри­

ховкой снизу, — для измерения С2. В центре отмечен расположен­ ный между ними интервал интегрирования в устройствах разде­ ления каналов решающего устройства приемника. При таких ве­ личинах сдвигов в установившемся режиме последний интервал будет располагаться в центре посылки, границы которой отмече­ ны на рис. 5.2 моментами sT и (s+1) Т (здесь предполагается, что защитный шнтервал АГ0<Л 7’).

Амплитуды Ci и С2 свободных колебаний КФ измеряются ам­ плитудными детекторами АД4 и АД2. Разность Сi—С2 использует­ ся для управления фс. Если эта разность отрицательна, то фс уве­ личивается (например, путем добавления импульса в УС с дис­ кретным управлением), если же разность положительна, то фс уменьшается.

Возможны различные модификации УС рис. 5.1. Например, ис­ пользуя не только знак, но и величину разности Сi— Съ можно построить многопозиционное замкнутое УС с дискретным управ­ лением. На базе ВП рассмотренного УС возможно также построе­ ние разомкнутого УС. Сигналом, подаваемым на вход ВИРУ, в этом случае может служить последовательность отсчетов величин Сь измеряемых с различными сдвигами друг относительно друга.

Синхронизация по квадрату группового сигнала. Рассмотрен­ ное выше УС требует наличия неинформационного канала, т. е. снижения удельной пропускной способности системы, и обладает ограниченными возможностями для борьбы с селективными (зави­ симыми от частоты) замираниями. От этих недостатков в извест­ ной степени свободны представленные ниже алгоритмы синхрони­

зации.

Предложенный в [75] способ синхронизации по квадрату груп­ пового сигнала основан на том, что результат интегрирования на интервале (Д, ti-{-T0) переменной составляющей квадрата группо­ вого сигнала (или другого преобразования сигнала нелинейным устройством с четной характеристикой) равен нулю, если этот ин­ тервал оказался внутри посылки, и тем больше отличается от ну­ ля, чем большая часть соседней посылки попала в интервал ин­ тегрирования [56].

Квадрат 'грунтового 'сигнала, имеющего 'вид (5Л) (с тем, одна­ ко, отличием, что информация передается по всем каналам), со­ держит постоянную составляющую, равную, как показано в [56],

130

Если интервал интегрирования переменной составляющей ока­ зался внутри посылки, то фазы слагаемых на посылке неизменны и подынтегральная функция равна сумме гармонических колеба­ ний с круговыми частотами, кратными £2. Интеграл от суммы на интервале Т0 равен нулю. Если на интервале интегрирования ока­ зывается граница посылки, интеграл не равен нулю и отличается от нуля в среднем тем больше, чем большая часть соседней по­ сылки попала внутрь интервала. В качестве косвенной характе­ ристики переходных помех можно взять абсолютную величину или квадрат интеграла.

Как и в рассмотренном выше УС по минимуму переходных по­ мех, для построения разомкнутого УС можно воспользоваться по­ следовательностью отсчетов интеграла, вычисленных на сдвину­ тых друг относительно друга интервалах. Для построения зам­ кнутого УС достаточно двух отсчетов, вычисляемых на интерва­ лах, сдвинутых, например, как показано на рис. 5.2. Разность ме­ жду этими отсчетами используется для формирования команд о добавлении или вычитании импульсов в замкнутом УС с дискрет­ ным управлением (рис. 5.3). Вместо (квадраторов Кв, показанных на рис. 5.3, можно использовать устройство для вычисления аб­ солютной величины. Интеграторы И4 и И2 работают со сдвигами в соответствии с диаграммой рис. 5.2. Полоса режекции ФВЧ дол­ жна быть весьма узкой, но достаточной для подавления «постоян­ ной составляющей» группового сигнала, которая может медленно изменяться под влиянием, например, замираний сигнала.

При сдвоенном приеме сигналов на разнесенные антенны сле­ дует вычислять разность 'между двумя отсчетами для каждой из ветвей разнесения. Сигнал, управляющий устройством ДВ, дол­ жен представлять собой сумму этих разностей.

Замечания об адаптивных алгоритмах синхронизации. УС по квадрату группового сигнала с примерно равными весовыми ко­ эффициентами учитывает все канальные сигналы и в этом смысле оно обеспечивает эффективную борьбу с селективными замира­ ниями сигнала, если помеха представляет собой белый шум. Од­ нако в кв радиоканалах спектр аддитивных помех, как правило, неравномерен из-за влияния мешающих радиостанций. Кроме то­ го, возможны широкополосные помехи, которые искажают сигнал в целом. И те, и другие искажения изменяются во времени в силу многолучевого распространения кв радиосигналов. Если уровень помех велик, необходимо использовать адаптивные методы син­ хронизации.

Отметим два возможных направления построения адаптивных УС. Первое направление ориентировано на борьбу с искажения­ ми группового сигнала в целом. Адаптация в этом случае может заключаться в прекращении подстройки фс на те интервалы вре­ мени, в течение которых сигнал настолько искажен, что результа­ ты измерений фс не могут быть надежными. На этих интервалах времени синхронизм обеспечивается за счет стабильности ЗГ пе­ редатчика и приемника (см. § 3.5). Сигнал о прекращении под­ стройки фс вырабатывается специальным устройством измерения степени искажения группового сигнала, которое может «обслужи­ вать» не только УС, но и другие узлы приемника (такой измери­ тель можно построить, например, на основе предложенного в [31, 403] для систем с ФРМ алгоритма измерения отклонений приня­ той разности фаз от ближайшего возможного варианта передан­ ной .разности ф.аз).

Ясно, что указанное направление построения адаптивных УС применимо во всех рассмотренных УС при наличии измерителя степени искажения сигнала.

Второе направление построения адаптивных УС предполагает борьбу с искажениями отдельных участков спектра сигнала. Реа­ лизация этого направления требует, во-первых, наличия в прием­ нике устройств измерения степени искажения спектральных ком­ понент сигнала. Во-вторых, необходимо, чтобы входной преобра­ зователь, формирующий команды о подстройке фс, «учитывал» различные спектральные компоненты сигнала с различными весо­ выми коэффициентами. Такой учет возможен, если ВП состоит из частных измерителей, каждый из которых обладает известной ча­ стотной избирательностью, и сумматора. Возможен, например, следующий алгоритм адаптивного УС.

По результатам измерения степени искажения все спектраль­ ные компоненты сигнала делятся на две группы — «надежные» и «ненадежные» (соответственно, степень искажения меньше или больше некоторого порогового значения). Результаты измерения рассинхронизации по «надежным» компонентам сигнала склады­ ваются с равными весами или с весами, обратно пропорциональ­ ными степени искажения. Благодаря этому возможна эффективная борьба .с селективными замираниями сигнала. Те же результаты, извлеченные из «ненадежных» компонент, складываются с нуле­ вым весом. Если все компоненты сигнала «ненадежны», то под­ стройка фс, прекращается.

Рассмотренное ниже УС по модулю вектора сигнала [31, 34, 35] представляет, в частности, интерес, благодаря возможности использования его в качестве адаптивного.

Синхронизация по модулю вектора сигнала. Алгоритм синхро­

1) Интеграл от произведения двух функций можно .рассматривать как их ска­ лярное произведение, т. е. как проекцию одной функции на другую [79, 56].

132