Демодулятор сигналов амплитудной манипуляции
AMPLITUDE SHIFT KEYING DEMODULATOR

Изобретение относится к радиосвязи и может быть использовано при демодуляции сигналов амплитудной манипуляции (АМ) в каналах с замираниями.
Известен «Демодулятор АМ- и ЧТ- сигналов (Патент RU № 2287217, H03D 5/00, опубл. 10.11.2006, Бюл. № 31).
В известном демодуляторе AM- и ЧТ-сигналов, содержащем восемь умножителей сигналов, два фильтра низкой частоты (ФНЧ), два усилителя с коэффициентом усиления Ку=2, два генератора синусоидальных колебаний, умножитель частоты на 2, два фазовращателя (ФВ), осуществляющих сдвиг начальных фаз поступающих на их вход сигналов на 90°, интегратор, пороговое устройство и три сумматора сигналов, причем первый вход первого сумматора сигналов подключен к выходу первого умножителя сигналов, первый вход которого соединен с первыми входами второго и третьего умножителей сигналов и является входом устройства, а второй вход соединен с выходом первого генератора синусоидальных колебаний, первым входом четвертого умножителя сигналов и входом первого ФВ, выход которого соединен с первым входом пятого умножителя сигналов, второй вход которого соединен с выходом второго ФВ, а выход - со вторым входом третьего умножителя сигналов, выход которого соединен с входом интегратора, выход которого соединен с входом порогового устройства, выход которого является выходом информационной оценки сигнала ЧТ, выход же первого сумматора сигналов соединен с входом первого ФНЧ, выход которого соединен со вторым входом шестого умножителя сигналов и входом первого усилителя с коэффициентом усиления Ку=2, выход которого является выходом устройства, на котором присутствует оценка амплитуды AM-сигнала, первый же вход шестого умножителя сигналов соединен с выходом второго генератора синусоидальных колебаний, с входом второго ФВ, входом умножителя частоты на 2, выход которого соединен с первым входом седьмого умножителя сигналов, второй вход которого соединен с выходом второго ФНЧ и входом второго усилителя с коэффициентом усиления Ку=2, кроме того, первый вход шестого умножителя сигналов соединен с первым входом восьмого умножителя сигналов, второй вход которого подключен к выходу второго усилителя с коэффициентом усиления Ку=2, а выход - ко второму входу первого сумматора сигналов, кроме того, первый вход шестого умножителя сигналов соединен со вторым входом четвертого умножителя сигналов, выход которого соединен со вторым входом второго умножителя сигналов, выход которого соединен с первым входом второго сумматора сигналов, второй вход которого соединен с выходом шестого умножителя сигналов, а выход соединен с первым входом третьего сумматора сигналов, второй вход которого соединен с выходом седьмого умножителя сигналов, а выход соединен с входом второго ФНЧ.
Недостатком известного демодулятора является ограниченность области его применения, поскольку он не обеспечивает адаптивное изменение порога принятия решения при возникновении замираний в каналах с замираниями.
Известен когерентный приёмник двоичных сигналов, см. демодулятор сигналов с относительной фазовой модуляцией, см. (Ивлев Д.Н. Цифровые каналы передачи. Учебно-методическое пособие. / Д.Н. Ивлев. - Нижний Новгород: Нижегородский госуниверситет, 2013. - 53 с,рис. 36, стр. 27-28).
В известном когерентном приёмнике двоичных сигналов входной сигнал фильтруется полосовым фильтром приёмника с целью подавления части шумов и помех, спектр которых лежит вне полосы приёма. Далее сигнал демодулируется, проходя через преобразователь частоты (перемножитель) и ФНЧ, заменяющий интегратор, и происходит различение в схеме принятия решений, которая представляет собой схему сравнения с порогом. При этом схема восстановления несущей осуществляет восстановление несущего колебания, устраняя его модуляцию информационным сигналом и позволяя, таким образом, получить опорный сигнал с такой же частотой и начальной фазой, как и у принимаемого сигнала (когерентный приём). А схема восстановления тактовой частоты выполняет тактовую (символьную) синхронизацию, т.е. выделяет те моменты времени, в которые необходимо брать выборки в сигнале на выходе ФНЧ для подачи на пороговое устройство.
Недостатком известного демодулятора является ограниченность области применения, поскольку он не предназначен для работы в каналах с замираниями. Кроме того в нем не предусмотрено изменение уровня порога принятия решения.
Наиболее близким по своей технической сущности к заявленному устройству является «Демодулятор сигналов с относительной фазовой модуляцией» (Патент RU № 2460224, H04L 27/22, опубл. 27.08.2012, Бюл. № 24).
Устройство содержит генератор константы, определяющий пороговый уровень напряжения, фильтр, вход которого является входом демодулятора, а выход подключен к первому сигнальному входу коррелятора, ко второму сигнальному входу которого подключен выход генератора опорного сигнала, выход коррелятора подключен к сигнальному входу блока стробирования, тактовый вход которого подключен ко второму выходу генератора тактовых импульсов, первый выход которого подключен к установочному входу коррелятора, выход блока стробирования подключен к входу блока задержки на длительность Т и ко второму входу блока вычитания, первый вход которого подключен к выходу блока задержки на длительность Т, выход блока вычитания подключен к входу блока вычисления модуля, выход которого подключен к первому сигнальному входу решающего блока, выход которого является выходом демодулятора, а тактовый вход решающего блока подключен ко второму выходу генератора тактовых импульсов, причем коррелятор состоит из умножителя напряжений, первый и второй входы которого являются соответственно первым и вторым входами коррелятора, и интегратора, выход и установочный вход которого являются соответственно выходом и установочным входом коррелятора, причем выход умножителя напряжений подключен к сигнальному входу интегратора, решающий блок состоит из компаратора напряжений, первый сигнальный вход которого является соответственно первым сигнальным входом решающего блока, выход компаратора напряжений подключен к первому входу D-триггера, тактовый вход и выход которого являются соответственно тактовым входом и выходом решающего блока, в устройство дополнительно введены регистр из L элементов памяти, выход которого подключен к входу счетчика единичных элементов в ячейках регистра, выход которого подключен к входу блока вычисления отклонения корреляционной функции, выход которого подключен ко второму входу блока коррекции порогового уровня напряжения, к первому входу которого подключен выход генератора константы, выход блока коррекции порогового уровня напряжения подключен ко второму сигнальному входу решающего блока, который является вторым сигнальным входом его компаратора напряжений, а вход регистра из L элементов памяти подключен к выходу решающего блока.
Недостатком устройства является ограниченность области применения, поскольку он предназначен только для приема цифровых сигналов с относительной фазовой модуляцией. И не обеспечивает возможность приема и демодуляции сигналов АМ в каналах с замираниями.
Задачей изобретения является создание способа, обеспечивающего возможность адаптивно изменять значение порога принятия решения по результатам суммирования амплитудных значений сигнальных посылок обрабатываемых на текущем и предыдущем тактах.
Техническим результатом является снижение ошибок демодуляции сигналов АМ в каналах с замираниями.
Заявляемый технический результат достигается тем, что в демодулятор сигналов амплитуднойманипуляции содержащий последовательно соединенные фильтр, умножитель напряжения и интегратор, а так же блок задержки на длительность Т, компаратор напряжений и генератор опорного сигнала, выход которого соединен со вторым входом умножителя напряжения, а вход фильтра является входом устройства дополнительно введены последовательно соединенные сумматор и делитель напряжения на четыре, выход интегратора соединен соответственно с первыми входами компаратора напряжения, сумматора и блока задержки на длительность 5, выход которого соединен со вторым входом сумматора, выход делителя напряжения на четыре соединен со вторым входом компаратора напряжения, выход которого является выходом устройства.
Благодаря новой совокупности существенных признаков в заявленном устройстве происходит адаптивное изменение значения порога принятия решения по результатам суммирования амплитудных значений сигнальных посылок обрабатываемых на текущем и предыдущем тактах, что обеспечивает возможность приема и демодуляции сигналов АМ в каналах с замираниями.
Заявленное изобретение поясняется чертежами, где
на фиг. 1 - блок-схема демодулятора сигналов АМ:
на фиг. 2 - фрагмент демодулированной последовательности сигнала АМ, прошедшего канал с замираниями, и нанесенными значениями порогов принятия решения G0 и G1, где G0 - порог принятия решения, имеющий постоянное значение, равное E/2 (E - усредненное значение амплитуды импульсов, соответствующих информационному значению «1» в канале без замираний, полученное на основе результатов работы демодулятора в ходе предыдущих сеансов); G1 - порог принятия решения, значение которого вычисляют по результатам суммирования амплитудных значений сигнальных посылок обрабатываемых на текущем и предыдущем тактах.
И введены следующие обозначения:
1 - фильтр;
2 - умножитель напряжений;
3 - интегратор;
4 - генератор опорного сигнала;
5 - блок задержки на длительность Т, где Т - длительность сигнальной посылки;
6 - сумматор;
7 - компаратор напряжений;
8 - делитель напряжения на четыре.
Заявленное устройство состоит из последовательно соединенных фильтра 1, умножителя напряжений 2 и интегратора 3, а также генератора опорного сигнала 4, выход которого подключен ко второму входу умножителя напряжений 2, выход интегратора 3 подключен соответственно ко входу блока задержки на длительность Т 5, первому входу сумматора 6и к первому входу компаратора напряжений 7, выход которого является выходом устройства, выход блока задержки на длительность Т 5 соединен со вторым входом сумматора 6, выход которого соединен с входом делителя напряжения на четыре 8, выход которого соединен со вторым входом компаратора напряжений 7.
Блоки, входящие в общую схему устройства, имеют следующее назначение.
Фильтр 1 предназначен для фильтрации принятого сигнала АМ.
В качестве фильтра 1 можно использовать аналогичный фильтр, см. (Патент RU № 2460225, H04L 27/22, опубл. 27.08.2012 Бюл. № 24).
Умножитель напряжений 2 предназначен для вычисления корреляционной функции посредством перемножения принятого сигнала АМ и опорного сигнала.
В качестве умножителя напряжений 2 можно использовать аналогичный умножитель, см. (Патент RU № 2549360, H03D 3/00, опубл. 27.04.2015 Бюл. № 12).
Интегратор 3 предназначен для формирования из вычисленной корреляционной функции импульсной последовательности сигнальных посылок.
В качестве интегратора 3 можно использовать аналогичный интегратор (см. Патент RU № 2549360, H03D 3/00, опубл. 27.04.2015 Бюл. № 12, или см. Патент № 2454014 RU, H04L 13/18, опубл. 20.06.2012 Бюл. № 17).
Генератор опорного сигнала 4 предназначен для формирования опорного гармонического сигнала, соответствующего структуре гармонического сигнала, используемого в передающем устройстве для формирования сигнала АМ.
В качестве генератора опорного сигнала 4 можно использовать аналогичный задающий генератор (см. Патент RU № 2439819, H04L 7/02, опубл. 10.01.2012 Бюл. № 1).
Блок задержки на длительность Т 5 предназначен для задержки сигнала на длительность сигнальной посылки, равной времени Т.
В качестве блока задержки на длительность Т 5 можно использовать аналогичный блок (см. Патент RU № 2460224, H04L 27/22, опубл.27.08.2012 Бюл. № 24).
Сумматор 6 предназначен для суммирования амплитудных значений текущей сигнальной посылки, которая поступает с выхода интегратора 4, и предыдущей сигнальной посылки, которая поступает с блока задержки на длительность Т.
В качестве сумматора 6 может быть использован аналогичный блок (см. Патент RU № 2486681, H04L 7/00, опубл. 27.06.2013 Бюл. № 18).
В качестве компаратора напряжений 7 может быть использован аналогичный блок из состава устройства, описанного в способе-прототипе (см. Патент RU № 2460224, H04L 27/22, опубл. 27.08.2012 Бюл. № 24). Работа пороговых устройств подробно рассмотрена в (Патент RU № 2382495, H04B 1/10, опубл. 20.02.2010 Бюл. № 5).
Компаратор напряжений 7 предназначен для установления требуемого значения уровня порога под действием напряжения с блока 7, и принятия решения о демодулированном символе.
Делитель напряжения на четыре 8, предназначен для уменьшения поступающего на его вход значения напряжения в четыре раза.
Делитель напряжения на четыре 8 можно реализовать или на микросхеме 174ПС1, см. Справочник разработчика и конструктора РЭА. Элементная база. Кн.1. - М., 1993. Сост. Масленников М.Ю., Соболев Е.А. и др., в соответствии с (Патент RU № 2549360, H03D 3/00, опубл. 27.04.2015 Бюл. № 12), или см. (Патент RU № 2382495, H04B 1/10 , опубл. 20.02.2010, Бюл. № 5).
Заявленное устройство работает следующим образом.
Приходящий по каналу связи сигнал S1(t) подают на вход фильтра 1, который является входом демодулятора. В фильтре 1 осуществляют ослабление частотных составляющих, находящихся вне полосы частот демодулируемого сигнала.
На выходе фильтра 1 получают отфильтрованный сигнал Z(t), который подают на первый вход умножителя напряжений 2, на второй вход которого с генератора опорного сигнала 4 подают опорный сигнал с постоянной амплитудой S0(t), который является аналогичным по своей структуре сигналу, используемому на передающей стороне для формирования сигнала АМ. Разница между сигнала S1(t) и S0(t) будет обусловлена влиянием аддитивных шумов и замираний в канале связи.
На выходе умножителя напряжений 2 получают результирующий сигнал Y(t), который подают на вход интегратора 3, на выходе которого формируют низкочастотную импульсную последовательность U(t).
При наличии замираний в канале связи амплитуда сигнала S1(t) в разные моменты времени будет различной. Причем значение амплитуды будет определяться характером замираний. Следовательно, амплитуда импульсов последовательности U(t), получаемой после интегратора 4, также будет различной.
В качестве примера на фиг. 2 показаны импульсы последовательности U(t) с различной амплитудой.
С выхода интегратора 3 импульсы последовательности U(t) одновременно подают на первый вход компаратора напряжений 7, на вход сумматора 6 и на вход блока задержки на длительность Т 5.
В блоке задержки на длительность Т 5 происходит задержка импульса на длительность, равную длительности сигнальной посылки, т.е. на длительность импульса. В результате, в тот момент, когда на первый вход сумматора 6 поступает очередной импульс последовательности U(t), на второй вход сумматора 6 поступает импульс предыдущей сигнальной посылки этой же последовательности U(t).
Таким образом, на выходе сумматора 6 формируют импульсную последовательность С(t), каждый импульс которой равен сумме текущего и предыдущего импульса последовательности U(t).
С выхода сумматора 6 импульсную последовательность С(t) подают на вход делителя напряжения на четыре 8, на выходе которогоформируют импульсную последовательность Х(t), амплитуда импульсов которой в 4 раза меньше амплитуды импульсов С(t).
И далее, импульсную последовательность Х(t) подают на второй вход компаратора напряжений 7, где происходит пороговое сравнение импульсов последовательности U(t), поступающих на первый вход компаратора напряжений 7, с пороговыми значениями, определяемыми импульсами последовательности Х(t). В качестве примера на фиг. 2 введено обозначение «1» для импульсов превысивших пороговое значение и «0» для импульсов, не превысивших пороговое значение.
По результатам попарного сравнения, на длительности каждой сигнальной посылки на третьем выходе компаратора напряжений 7, являющегося выходом демодулятора, происходит принятие решения о соответствии принятого импульса информационному значению «1» или «0».
В качестве примера на фиг 2 показан фрагмент импульсов последовательности U(t) с различной амплитудой и установленные значения порогов принятия решения G0 и G1. Здесь G0 сформирован по результатам усреднения значения амплитуды импульсов, соответствующих информационному значению «1» в канале без замираний (см. описание фиг. 2). А G1 - сформирован из импульсов последовательности Х(t).
Импульсы последовательности U(t) превысившие порог принятия решения соответствуют информационному значению «1», а не превысившие - информационному значению «0» (обозначены на фиг. 2).
По сравнению с прототипом очевидно, что выбор постоянного значения порога принятия решения G0 не обеспечивает возможность демодуляции сигналов АМ, принятых в каналах с замираниями, так как возможны ошибочные решения. А применение порога принятия решения G1 обеспечивает, что указывает на достижение заявляемого технического результата.