Спосіб виділення тактового синхросигналу з кореляційно кодованого інформаційного сигналу та пристрій для його здійснення

42903 Винахід належить до електрозв'язку, зокрема, до передачі дискретної інформації і може бути використаний в устаткуванні перетворення сигналів (УПС) апаратури передачі даних для приймання багаторівневих сигналів при кореляційному кодуванні. Найближчим за фізичною суттю до винаходу є спосіб виділення тактових сигналів і синфазнийсередньофазний пристрій тактової синхронізації. В способі-прототипі для виділення тактової синхроінформації з метою подальшого керування частотою та фазою тактового генератора і мінімізації похибки синхронізації синхросигнал формують шляхом нелінійної обробки тільки відкоректованого інформаційного сигналу. Проте, цьому способу притаманні суттєві недоліки: виділення тактової синхроінформації здійснюють без урахування властивостей дискретного інформаційного сигналу даних, що значно впливає на дисперсію фази тактового синхросигналу і призводить до появи випадкової складової фазового джитера. Крім того, саме цей факт унеможливлює виділення тактової синхроінформації з багаторівневого кореляційно кодованого сигналу в умовах спільної дії залишкової міжсимвольної інтерференції та адитивного гаусового шуму. В основу винаходу поставлено задачу: за допомогою адекватної нелінійної обробки робочого багаторівневого кореляційно кодованого сигналу x(t) (фіг. 1) разом з вихідним сигналом блока прийняття рішення а* здійснити ефективне виділення тактової синхроінформації шляхом відстежування вузла окодіаграми, при якому забезпечується мінімізація похибки синхронізації внаслідок врахування статистики інформаційних символів у дискретному інформаційному сигналі даних і впливу спільної дії залишкової міжсимвольної інтерференції та адитивного гаусового шуму. Суть запропонованого способу полягає в тому, що на двох сусідніх тактових інтервалах у відлікові (тактові) моменти часу (n-1)Т, (n)Т, (n+1)Т формують оцінку невідомої затримки синхросигналу (непогодження) tn за алгоритмом "трьох відліків" ( )( ) * * * D1t n = -K xn - a1,n a1,n +1 - a1,n -1 = -KZnIn+1,n-1 , (1) Тут: D1tn=tn-tn-1 - операція першої різниці; K - коефіцієнт передачі фільтра нижніх частот у колі зворотного зв’язку; xn - відліки вхідного робочого сигналу; а*1,n - рішення стосовно прийнятого рівня l інформаційного символу на підставі поточного, окопереходу, l =0...(М-1); М - загальна кількість рівнів інформаційного сигналу; Zn=хn-а*1,n - похибка прийнятого рішення в середині двотактового інтервалу спостереження; I n+1,n-1=а*1,n+1-а*1,n-1 - різниця прийнятих рішень наприкінці і на початку двотактового інтервалу спостереження. Алгоритмові "трьох відліків" (1) можна дати певне фізичне тлумачення. Різниця оцінок часової затримки тактового синхросигналу відносно вузла око-діаграми в поточний (n) і попередній (n-1) тактові моменти урівноважується через ФНЧ керуючим впливом, який виробляється помилкою прийнятого рішення щодо інформаційного символу в поточний тактовий момент (n) з урахуванням різниці прийнятих рішень в наступний (n+1) і попередній (n-1) моменти двотактового часового інтервалу спостереження. Розгляньмо ситуацію, коли око-перехід в алгоритмі (1) відбувається з рівня I=0 до рівня I=3. Припустімо також, що а1=1 і спостерігаються по три відліки ліворуч вузла око-діаграми {моменти часу (n-1)Т2, (п)Т2, (n+1)Т2} і праворуч вузла око-діаграми {моменти часу (n-1)T1, (n)T1, (n+1)Т1} (фіг. 2). Тоді з фіг. 2 і виразу (1) виходить, що для трьох моментів Т1 оцінка першої різниці затримки пропорційна непогодженню tn і має додатний знак: Xn-a1=+Zn; I n+1,n-1=а3,n+1-a0,n-1=+3, а для трьох моментів Т2 - від'ємний знак: Xn-a1=-Z n; I n+1,n-1=а3,n+1-a0,n-1=+3. Фіг. З ілюструє ситуацію око-переходу по краях двотактового інтервалу з рівня І=0, до рівня I=3, коли I n+1,n-1 набирає значення 0, тобто ситуацію невизначеності щодо знака непогодження tn і тому відсутності управління через зворотний зв'язок: хn-a4=-Z n; I n+1,n-1=а3,n+1-a3,n-1=0 при Т1, хn-a4=-Z n; I n+1,n-1=а3,n+1-a3,n-1=0 при Т2. Фіг. 4 відповідає ситуації при око-переході з рівня 1=2 до рівня 1=0: хn-a2=-Z n; I n+1,n-1=а0,n+1-a2,n-1=-2 при Т1, хn-a2=+Zn; I n+1,n-1=а0,n+1-a2,n-1=-2 при Т2. Одержаний в результаті такого аналізу трьох відліків сигнал через ФНЧ керує частотою і фазою тактового генератора, усуває часове непогодження, підтримуючи стан рівноваги в системі тактової синхронізації. Таким чином, запропонований спосіб виділення синхроінформації за своїм принципом належить до класу слідкуючих в часі за вузлами око-діаграми фіг. 1, чим, головним чином, і відрізняється від способупрототипу. Ефективність відстежування часового непогодження t підтверджується формою (фіг. 5) статистичної дискримінаційної характеристики Д(t), яка визначена як середнє значення за ансамблем реалізацій всіх око-переходів без впливу шуму: 42903 V [ ][ ] =( 1 / V )å x k,n (t ) - a* ,n (t ) a* ,n +1(t ) - a *,n -1(t ) t k k k , (2) Тут к - номер реалізації, v - обсяг реалізацій. Як виходить з фіг. 5, дискримінаційна характеристика має притаманну для автоматичних слідкуючих систем форму, високу відносну крутість, значну лінійну ділянку стійкої рівноваги в межах відкритого "ока" і апертуру, що за розміром сягає одного тактового інтервалу. Таким чином, спосіб оцінки невідомої затримки синхросигналу в кореляційно кодованому інформаційному сигналі в умовах міжсимвольної інтерференції передбачає зворотний зв'язок за прийнятим рішенням, що дозволяє ефективно відстежувати часове непогодження і усувати його. Такий спосіб зменшує вплив статистики інформаційних символів на фазовий джитер тактових синхроімпульсів, бо відстежується саме вузол око-діаграми. При зіставленні з відомими аналогами не виявлено технічного розв'язання задачі, яке має ознаки новизни, подібні до тих, що відрізняють запропонований спосіб розв'язання від прототипу. Відтак, запропонований спосіб розв'язання характеризується критерієм "суттєвої відмінності". Узагальнена структурна схема пристрою-прототипу для виділення сигналу тактової синхронізації наведена на фіг. 6. Цей пристрій містить вхідний блок 1, два паралельних канали 2 і 3,. перемножувач 4, ФНЧ 5, керований напругою тактовий генератор 6. Сигнал у бінарній формі з виходу блока 1 надходить одночасно на входи каналів 2 і 3. Канал 2 призначений для вимірювання значення часового непогодження, а канал 3 - для визначення знаку часового непогодження. Вихідний сигнал Z каналу 2 і вихідний сигнал І каналу 3 надходять на входи перемножувача 4, вихідний сигнал якого через ФНЧ 5 керує частотою і фазою тактового генератора 6. Суттєвим недоліком пристрою при роботі з кореляційно кодованим сигналом в запропонований спосіб, є неможливість визначення тактової синхроінформації (знака і значення непогодження) за відліками окопереходів. На фіг. 7 наведена структурна схема запропонованого пристрою для здійснення запропонованого способу. Пристрій виділення тактового синхросигналу з робочого кореляційно кодованого інформаційного сигналу містить послідовне коло блока 1 одержання відліків та їх зберігання протягом одного тактового інтервалу; два паралельних канали обробки: канал 2 вимірювання значення часового непогодження і канал 3 визначення знака часового непогодження; перемножувач 4, на два входи якого надходять вихідні сигнали обох каналів обробки 2 і 3; фільтр нижніх частот 5; керований напругою тактовий генератор 6, вихідний сигнал якого використовують для одержання та зберігання миттєвих відліків у блоці 1. Канал вимірювання значення часового непогодження 2 містить блок прийняття рішення 7, блок віднімання 8 і блок затримки на один такт 9. На входи блоків прийняття рішення 7 і блока віднімання 8 надходять відліки з блока 1, а вихід блока прийняття рішення 7 підключено до від'ємного входу блока віднімання 8, вихідний сигнал якого є входом блока затримки на один такт 9. Вихідний сигнал блока затримки на один такт 9 є водночас виходом каналу 2 вимірювання значення часового непогодження Zn1=(хn-1-a*1,n-1). Канал визначення знака часового непогодження 3 містить блок затримки на два тактових інтервали 10 і блок віднімання 11. При цьому на вхід блока затримки 10 і водночас на від'ємний вхід блока віднімання 11 сигнал надходить з виходу блока прийняття рішення 7, вихідний сигнал блока затримки 10 надходить на другий вхід блока віднімання 11, вихід якого І n-2,n= а*1,n-2-а*1,n є також виходом каналу 3 визначення знака часового непогодження і водночас другим входом перемножувача 4. Запропонований пристрій виділення синхросигналу працює за таким принципом. Робочий сигнал x(t) у вигляді око-діаграми фіг. 1 надходить на інформаційний вхід відлікового і запам'ятовуючого блока 1, виходом якого є відліки око-переходів хn. Ці відліки далі надходять на вхід каналу вимірювання значення часового непогодження 2, в якому сигнал на виході блока прийняття рішення 7 являє собою значення одного з можливих прийнятих інформаційних рівнів а*1,n на момент прийняття рішення n, l - номер рівня. Напруга на виході блока віднімання 8 Zn=xn-a*1,n пропорційна похибці тактової синхронізації. Блок затримки на один такт 9 необхідний як запам'ятовуючий пристрій, сигнал на виході якого Zn-1=(хn-1-а*1,n-1) відповідає середньому з трьох відліків в алгоритмі "трьох відліків" (1). Саме ця складова на виході каналу 2 і на вході перемножувача 4 надає інформацію про значення часового непогодження. В канал визначення знака часового непогодження 3 сигнал а*1,n надходить з виходу блока прийняття рішення 7. В цьому каналі визначається величина І, значення якої входить як співмножник у вираз (1). За суттю тут порівнюють між собою прийняті рішення щодо інформаційного символу а*1 в часові моменти крайніх з трьох відліків n, n-2. Подання вихідних сигналів Zn-1 і І n-2,n обох каналів 2 і 3 на перемножувач 4 забезпечує відповідність знака непогодження тактової синхронізації відносно вузла око-діаграми. Вихідний сигнал перемножувача 4 фільтрують в колі зворотного зв'язку фільтром нижніх частот 5 і далі керують ним частотою і фазою керованого напругою тактового генератора 6, вихідний сигнал якого використовують як тактовий синхросигнал для корекції моментів відліків у блоці 1. Відмінністю запропонованого пристрою від пристрою-прототипу є те, що для досягнення поставленої мети - забезпечити виділення тактового синхросигналу з багаторівневого кореляційно кодованого робочого сигналу з урахуванням статистики інформаційних символів та впливу спільної дії міжсимвольної k =1 42903 інтерференції і адитивного гаусового шуму - в канал вимірювання значення часового непогодження 2 введені блок прийняття рішення 7, блок віднімання 8 і блок затримки на один такт 9; в канал визначення знака часового непогодження 3 введені блок затримки на два такти 10 і блок віднімання 11; додатково в блок 1 введено прилад одержання та зберігання відліків на вході, а також встановлені необхідні зв'язки між ними та відомими блоками пристрою-прототипу. Суттєвою відмінністю запропонованого пристрою від пристрою-прототипу є те, що введення раніше невідомих відмінних ознак дозволяє виділяти синхроінформацію безпосередньо з робочого кореляційно кодованого багаторівневого сигналу в умовах залишкової міжсимвольної інтерференції та адитивного гаусового шуму. Це досягається введенням зворотного зв'язку з виходу блока прийняття рішення щодо оцінки інформаційного символу в багаторівневому кореляційно кодованому сигналі. При цьому здійснюється вибір (дешифрація) оптимальних значень оцінок символів з метою однозначної корекції тактового непогодження. Це, в свою чергу, призводить до формування найвищої крутості дискримінаційної характеристики, що зумовлює покращення динамічних властивостей пристрою тактової синхронізації, зменшує дисперсію похибки часового непогодження і, в кінцевому рахунку, зменшує ймовірність похибки декодера в цілому. Таким чином, запропонований пристрій характеризується критерієм "суттєвої відмінності". 42903 Фіг. 1 42903 Фіг. 2 Фіг. 3 42903 Фіг. 4 Фіг. 5 42903 Фіг. 6 42903 Фіг. 7