ДЕТЕКТОР СИГНАЛОВ С АБСОЛЮТНОЙ ФАЗОВОЙ МАНИПУЛЯЦИЕЙ НА 180º

«Область техники, к которой относится полезная модель»
Полезная модель относится к приему радиосигналов.
«Уровень техники»
Известны детекторы сигналов с абсолютной фазовой манипуляцией (ФМн) на 180°, раскрытые в следующих источниках информации: патент Российской Федерации на №124461 на полезную модель «Когерентный детектор сигнала с фазовой манипуляцией на 180°», авторы - Алексеев В.М., Волков А.А., Алексеев Д.В, приоритет от 06.07.2012.; Горелов. Г.В., Волков А.А., Шелухин В.И. «Каналообразующие устройства железнодорожной телемеханики и связи». - М.: ГОИ 2007. - С 228-228.
По технической сущности наиболее близким к данной полезной модели является детектор сигналов, описанный в первом источнике, который по этой причине и принимается за его прототип. Во втором источнике описан аналог полезной модели.
Прототип-детектор состоит из последовательно включенных фазового детектора (ФД1), регенератора импульсов (Р), фазового манипулятора (ФМн) на 180°, ФД2, а также из формирователя опорного колебания (ФОК), через который соединяются информационный вход ФД1 с его опорным входом и со вторым входом ФМн. Блок ФОК состоит из последовательно включенных квадратора, фильтра второй гармоники, делителя частоты в 2 раза, фильтра первой гармоники - опорного колебания. Видно, что опорное колебание фильтруется узкополосными фильтрами дважды: один раз по второй гармонике, а второй раз по первой гармонике, полученной из второй. Так что опорное колебание - без помех. Но такое опорное колебание под действием помех на входе детектора имеет спонтанные (случайные) скачки фазы на 180°, отчего продетектированный низкочастотоный сигнал на выходе ФД1 принимается наоборот: единицы - нулями, а нули - единицами. Поэтому данное явление получило название обратной работы детектора сигналов с абсолютной ФМн на 180°, которая нарушает связь и поэтому абсолютная ФМн на 180°, обеспечивающая максимально возможную помехоустойчивость связи, на практике не используется. Продетектированный сигнал на выходе ФД1 является широкополосным и поэтому так тщательно отфильтровать его от помех, как опорное колебание, невозможно. Кроме того, этот сигнал искажен помехами. Регенератор восстанавливает по нему исходный неискаженный переданный сигнал и без помех. При перемножении его в блоке ФМн с опорным колебанием получается неискаженный ФМн на 180° сигнал без помех, который поступает на вход ФД2. Так как на его входе помехи отсутствуют, то обратной работы этого детектора не ожидается.
Но обратная работа детектора определяется не только помехами на его входе, но и принципом работы ФОК. Из вышеизложенного следует, что в ФОК входной сигнал сначала возводится в квадрат, для устранения ФМн на 180° и получения второй гармоники, из которой получается первая - опорное колебание, что эквивалентно извлечению корня квадратного из квадрата входного сигнала. Но корень квадратный имеет знак . Знаки ± равновероятны, поэтому обратная работа может быть вызвана не только помехами на входе детектора, но и другими процессами в приемнике. Именно поэтому считается, что обратная работа во всех когерентных детекторах сигналов с абсолютной ФМ на 180° неустранима, почему и была разработана относительная фазовая манипуляция (ОФМн) на 180° вместо абсолютной ФМн на 180°. Но ОФМн обеспечивает помехоустойчивость приема в два раза меньше, чем абсолютная ФМн, и не обеспечивает передачу и прием сигналов по клиппированному речевому сигналу, так как его импульсы имеют случайную длительность.
Основным недостатком прототипа является наличие вероятности в нем обратной работы, исключающей использование на практике абсолютную ФМн на 180°, обеспечивающую максимально возможную помехоустойчивость приема.
«Раскрытие полезной модели»
Техническим результатом полезной модели является реализация максимально возможной помехоустойчивости приема сигналов с абсолютной ФМн на 180° за счет полного исключения в ней обратной работы детектора.
Сущность полезной модели состоит в том, что в детектор сигналов с абсолютной фазовой манипуляцией (ФМн) на 180°, состоящий из последовательно включенных фазового детектора ФД, регенератора импульсов Р, фазового манипулятора на 180°, а также из формирователя опорного колебания (ФОК), через который информационный вход (ФД) соединен с его опорным входом и вторым входом ФМн, снабжен стандартным частотным демодулятором (СЧД) и интегратором по времени, подключенным к выходу ФМн в указанной последовательности.
Существенным отличием изобретения является дополнительно введенные в нее стандартный частотный демодулятор (СЧД) и интегратор по времени на его выходе, подключенные к выходу ФМн на 180°. Так как в СЧД не используется опорное колебание, то обратная работа детектора в принципе исключается.
«Краткое описание чертежей»
Полезная модель иллюстрируется чертежами. На Фиг. 1 представлена структурная схема разработанного детектора сигналов с абсолютной ФМн на 180°, а на Фиг. 2 - временные диаграммы, поясняющие ее работу.
«Осуществление полезной модели»
На Фиг. 1 обозначено: 1 - фазовый детектор, 2 - формирователь опорного колебания Писталькорса, 3 - регенератор импульсов, 4 - фазовый манипулятор на 180°, 5 - стандартный частотный демодулятор (СЧД), 6 - интегратор по времени. Вновь введенные (отличительные) элементы обведены пунктирной линией.
Работа схемы происходит следующим образом.
ФМ
m
пр
0
0
Сигнал с абсолютной фазовой манипуляцией (ФМн) на 180° U(t)=Ucos{ωt+90°[γ(t)-1]}, где γ(t)=±1 - передаваемый информационный сигнал, поступает на информационный вход фазового детектора ФД 1 и параллельно на формирователь опорного колебания ФОК 2. Фазовый детектор 1 состоит из перемножителя сигналов с ФНЧ на его выходе, а ФОК 2 состоит из последовательно включенных квадратора, фильтра второй гармоники, делителя частоты в 2 раза, фильтра первой гармоники - опорного колебания u(t)=Ucosω(t). В фазовом детекторе 1 эти колебания перемножаются между собой, в результате чего получается сигнал
ФНЧ фазового детектора 1 устраняет высокочастотное (ВЧ) колебание и остается только переданный сигнал прямоугольной формы γ(t), представленный на Фиг. 2. При γ(t)=+1 имеет место положительный импульс (+1), а при γ(t)=-1 - отрицательный импульс (-1). Этот знакопеременный сигнал реально искаженный помехами, восстанавливает свою прямоугольную форму и освобождается от помех в регенераторе импульсов 3, после чего поступает на информационный вход фазового манипулятора на 180° 4, представляющего собой перемножитель сигналов. На второй вход регенератора импульсов 3 поступает гармонический опорный сигнал, освобожденный от помех двумя указанными выше узкополосными фильтрами. В результате перемножения на выходе регенератора импульсов 3 имеет место сигнал с абсолютной фазовой манипуляцией на 180°, полностью очищенный от помех и искажений. Этот сигнал поступает на вход СЧД 5 типа дробный детектор. Так как его входной контур настроен на опорную частоту, то на выходе СЧД 5 будет производная по времени от фазы ФМн сигнала: , то есть фронт и срез прямоугольного импульса (Фиг. 2). В интеграторе по времени 6 по фронту и срезу восстанавливаются неискаженные импульсы γ(t) (Фиг. 2). Элементы 1-4 тщательно фильтруют от помех ФМн колебание, устраняют искажения импульсов в нем, отчего СЧД 5 и интегратор по времени 6 точно воспроизводят переданный сигнал.
Технико-экономическим эффектом полезной модели является исключение в принципе обратной работы детектора сигналов с абсолютной ФМн на 180°, что позволяет использовать ее на практике для повышения помехоустойчивости приема сигналов в 2 раза по сравнению с ОФМн и дает возможность передавать с помощью абсолютной ФМн на 180° клиппированный речевой сигнал.