СПОСОБ ОБРАБОТКИ АМПЛИТУДНО-МОДУЛИРОВАННОГО СИГНАЛА
AMPLITUDE MODULATED SIGNAL PROCESSING METHOD

Область техники, в которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к обработке амплитудно-модулированных радиосигналов, в частности к способам и устройствам для селекции и демодуляции амплитудно-модулированных радиосигналов, широко применяемой в технологии анализа восстановления и шифрования передаваемой информации.
Уровень техники
Традиционные способы и устройства селекции амплитудно-модулированных сигналов (АМС) состоят из выполнения следующих операций. Прием сигнала антенным контуром, выполняющим частотную селекцию радиосигналов в выделенной радиочастотной полосе, усиление полученного от контура радиосигнала, обработка усиленного сигнала, включающая нормирование сигнала по амплитуде системой автоматического регулирования усиления (АРУ) и демодуляция сигнала.
К реализации подобного способа относится (патент SU 1538257) в котором решается задача построения приемника амплитудно-модулированных сигналов, в котором нормирование входного сигнала осуществляется за счет операции логарифмирования величины этого сигнала, позволяющего снизить динамический диапазон входящего сигнала для построения каскада усиления, и операции антилогарифмирования после детектирования для восстановления динамического диапазона модулирующего сигнала перед усилителем низкой частоты.
Недостатком использования способа нормирования сигнала за счет операции логарифмирования селектируемого сигнала является невозможность выделения полезного сигнала из состава сигналов в обрабатываемой полосе радиосигналов при наличии в этой полосе других сигналов.
За прототип принят известный способ (патент RU 2342772) обработки амплитудно-модулированного сигнала, содержащего область верхней боковой полосы и область нижней боковой полосы селектируемого сигнала, в котором используется обработка входного сигнала за счет его предварительной частотной фильтрации узкополосными фильтрами с использованием зеркальной симметрии расположения фильтров в верхней и нижней частотных полосах селектируемого сигнала с последующей демодуляцией и суммированием сигналов этих полос.
Недостатком способа является невозможность эффективно обрабатывать сигналы в условиях частичного или полного перекрытия частотных полос распространения сигналов. В случае необходимости передачи нескольких произвольных аналоговых сигналов с взаимным частичным или полным перекрытием их частотных полос разделение сигналов становится крайне затруднительно.
Целью изобретения является разработка способа, обладающего повышенной эффективностью передачи, приема, выделения и анализа принятой информации в условиях использования для передачи сигналов совмещенных частотных полос.
Техническим результатом, достигаемым при реализации способа, является увеличение производительности передачи информации, что способствует расширению технических возможностей электронных устройств, создаваемых при применении данного способа.
Сущность изобретения
Технический результат достигается тем, что применяется способ обработки амплитудно-модулированного радиосигнала, содержащего область верхней боковой полосы и область нижней боковой полосы, характеризующийся тем, что выделяют и суммируют амплитудно-частотный состав сигналов в боковых частотных областях относительно несущей частоты селектируемого сигнала при их зеркальной частотной симметрии относительно несущей частоты и при их совпадении по амплитудам, формируя в амплитудно-временной области собственно селектируемый амплитудно-модулированный сигнал.
Использование амплитудно-модулированной радиочастоты каждого сигнала со своей несущей частотой формирует в эфире симметричные области амплитудно-частотного состава каждого сигнала со своими боковыми полосами относительно своей несущей частоты. Сравнение частотных областей сигналов с учетом их симметрии относительно своей несущей частоты может позволить выявить именно тот амплитудно-частотный состав сигнала, сумма которых и составит селектируемый сигнал.
Анализ верхней и нижней частотных полос селектируемого сигнала позволяет выявить амплитудно-частотный состав каждой из полос и затем сравнить их с учетом их «зеркальности». При совпадении амплитуд зеркальных частот, сигналы суммируют в своей боковой полосе, формируя, таким образом, селектируемый сигнал.
Амплитудно-модулированный однотоновый сигнал имеет вид:
a
a
m
0
0
0
(t)=A⋅[1+m⋅cos(Ω⋅t+ϕ)]⋅cos(ω⋅t), Ω<<ω
0
0
где: А - амплитуда несущего колебания, Ω - частота однотоновой амплитудной модуляции, ϕ - начальная фаза однотоновой модуляции, ω - модулируемая частота - несущая, m - коэффициент амплитудной модуляции, значения которого лежат в диапазоне 0≤m≤1.
Амплитудно-модулированный однотоновый сигнал также имеет вид:
a
a
m
0
0
0
0
0
0
(t)=A⋅cos(ω⋅t)+0,5⋅A⋅m⋅cos[(ω-Ω)⋅t-ϕ]+0,5⋅A⋅m⋅cos[(ω+Ω)⋅t+ϕ]
0
0
0
0
Сформированный сигнал состоит из трех гармоник: центральной с частотой ω, смещенной верхней частотой (ω+Ω), нижней частотой (ω-Ω) относительно ω. Таким образом, однотоновое амплитудно-модулированное колебание, занимает полосу 2Ω.
0
0
n
0
n
0
n
n
0
n
0
n
Каждая гармоника исходного спектра порождает нижнюю и верхнюю боковые зеркальные гармоники. Аналогично однотоновому сигналу будут вести себя гармоники произвольного сигнала с тем замечанием, что частоты этих гармоник будут зеркальны относительно ω и смещены в верхнюю полосу частотами [ω+Ω(t)] и в нижнюю полосу частотами [ω-Ω(t)]. Амплитуды этих гармоник будут величиной mAK(t)/2 соответственно, представляя собой «мгновенный спектр» произвольного сигнала. Где: n - натуральное число, соответствующее номеру гармоники произвольного сигнала, K(t) - коэффициент отражающий величину амплитуды гармоники с частотой [ω-Ω(t)] и гармоники с частотой [ω+Ω(t)].
Путем фильтрации состава сигналов в эфир можно передавать четыре варианта сочетаний гармоник и несущей:
- несущая частота плюс гармоники ее верхней и нижней частотных полос,
- гармоники либо верхней, либо нижней частотных полос без несущей частоты,
- гармоники и верхней и нижней частотных полос без несущей частоты,
- несущая частота плюс гармоники либо верхней, либо нижней ее частотной полосы.
Современный подход к уплотнению количества переданной информации в эфире в условиях ограниченной ширины разрешенной полосы радиосигналов опирается на усложнение модуляции несущей частоты при обеспечении отсутствия частот других сигналов на используемой частотной полосе эфира на время передачи сигнала (частотно-временное разделение).
Использование свойства амплитудно-модулированного радиосигнала: его зеркального частотного состава, формирующего боковые частотные полосы относительно несущей частоты, может позволить выделить амплитудно-модулированный радиосигнал на используемой частотной полосе, не освобождая ее от других сигналов. Это позволит уплотнить количество информации передаваемой в данной частотной полосе за определенный промежуток времени.
0
n
Следует отметить, что совпадения частотного состава произвольных сигналов в выделенной частотной полосе непостоянны во времени и выделение гармонического состава сигналов можно сделать динамическим - через формирование «мгновенного спектра». Это возможно, поскольку после цифровой фильтрации, фиг. 1, «мгновенные» частоты со своими амплитудами mAK(t)/2, фиг. 2, каждого сигнала занимают свою активную полосу частотного спектра как функции от времени на своей несущей частоте.
(Финк Л.М. «Сигналы помехи ошибки …» М.: Радио и связь, 1984; Харкевич А.А. «Спектры и анализ» М.: Книжный дом «ЛИБРОКОМ», 2009).
Более подробно предлагаемый способ будет описан ниже при описании работы устройства для осуществления предлагаемого способа.
Краткое описание фигур чертежей.
На фиг. 1 изображена блок схема способа.
На фиг. 2 изображен амплитудно-частотный состав сигнала.
Предлагаемый способ включает аналогово-цифровой преобразователь - АЦП, поз. 1; цифровые фильтры верхней полосы - ЦФВП1, …, ЦФВПn, поз. 2, 4,; цифровые фильтры нижней полосы - ЦФНП1, …, ЦФНПn, поз. 3, 4; пиковые детекторы-компараторы, поз. 6, 7; накопители-повторители, поз. 8, 9, 10, 11; сумматор гармоник верхней полосы, поз. 12; сумматор гармоник нижней полосы, поз. 13; цифро-аналоговый преобразователь верхней полосы, поз. 14; цифро-аналоговый преобразователь нижней полосы, поз. 15.
Осуществление группы изобретений:
При реализации способа обработки амплитудно-модулированного сигнала выполняется следующая последовательность действий. Совокупность радиосигналов поступает на АЦП, поз. 1. Преобразованная цифровая последовательность от АЦП поступает на узкополосные цифровые фильтры ЦФВП1, …, ЦФВПn, поз. 2, 4 и ЦФНП1, …, ЦФНПn, поз. 3, 5 частотные полосы которых составляют непрерывную частотную полосу существования сигнала, а частотное деление по полосам определяет дискретность разложения сигнала.
Частотные полосы фильтров ЦФВП1, …, ЦФВПn и ЦФНП1, …, ЦФНПn группируются по парно с зеркальной симметрией относительно несущей частоты искомого сигнала.
Цифровая последовательность от каждой зеркальной пары фильтров подается на цифровой пиковый детектор-компаратор величин текущих амплитуд, поз. 6, 7 и, так же, эта последовательность от каждого фильтра через управляемый цифровой накопитель-повторитель, поз. 8, 9, 10, 11 на сумматор гармоник в своей боковой полосе, поз. 12, 13. Дальнейшая демодуляция сигналов осуществляется известными способами - либо аналоговыми методами с использованием ЦАПов поз. 14, 15 или цифровыми методами, используя суммарный сигнал с сумматоров, поз. 12, 15.
Величины пиковых амплитуд в детекторах-компараторах обновляются через половины периодов сигналов от соответствующих полосовых фильтров. При совпадении амплитуд сигналов компаратор открывает накопителям-повторителям каналы передачи сигналов от фильтров к сумматорам.
Текущая информация от фильтров циклически перезаписывается в накопителях-повторителях с частотой сигналов фильтра. На момент срабатывания детектора-компаратора запись предыдущего цикла подается на вход к сумматору с момента перехода величины текущего сигнала через ноль синхронно и синфазно с текущим сигналом в течение времени, которое не менее половины периода разностной частоты этого сигнала относительно несущей. Пока осуществляется посылка предварительно записанного сигнала, запись текущего сигнала продолжается в другом канале этого накопителя до следующего срабатывания компаратора, что повторит предыдущий цикл подачи.