СПОСОБ ДЕМОДУЛЯЦИИ ЧАСТОТНО-МАНИПУЛИРОВАННЫХ АБСОЛЮТНО-БИИМПУЛЬСНЫХ СИГНАЛОВ, ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ДЛЯ ПЕРЕДАЧИ ИНФОРМАЦИИ ПО КОРОТКОВОЛНОВОМУ КАНАЛУ СВЯЗИ
METHOD FOR DEMODULATION OF FREQUENCY-MANIPULATED ABSOLUTE DOUBLE-PULSE SIGNALS USED FOR INFORMATION TRANSFER VIA SHORT-WAVE CHANNEL

Изобретение относится к области радиотехники и предназначено для демодуляции частотно-манипулированных (ЧМ) сигналов.
Известен способ передачи с большой девиацией частоты ЧМ сигналов для повышения коэффициента исправного действия (КИД) канала связи. Прием таких сигналов осуществляется как прием двух сигналов с амплитудной манипуляцией (2 AM).
Недостатком общепринятого способа передачи сигналов методом ЧМ с малой девиацией является то, что вследствие селективных замираний или при поражении станционными помехами одновременно близко расположенных на оси частот обеих поднесущих сигнала существенно снижается достоверность приема сообщений.
Для уменьшения вероятности одновременного замирания и поражения станционными помехами, параметры которых отличаются от параметров передаваемого сигнала, сигналов на поднесущих частотах целесообразно частотную манипуляцию производить с большой девиацией, а сигналы поднесущих принимать индивидуально как 2 AM. При этом свойства станционных помех должны отличаться от параметров предаваемого сигнала. Недостатком известных способов приема AM сигналов является сложность выбора оптимального порога, на основании которого принимается решение. С целью оптимизации порогов для принятия AM сигналов используется абсолютный биимпульсный сигнал (АБС) [1].
Аналогом предлагаемого способа демодуляции АБС является демодулятор обычных ЧМ сигналов, в котором отдельно идет прием сигнала "отжатия" и "нажатия", после чего производится их сравнение и принимается решение в пользу сигнала с большей амплитудой [2].
В предлагаемом способе аналогичным образом идет сравнение уровней двух соседних по времени элементов сообщения и решение принимается в пользу того элемента, сигнал которого имеет больший уровень.
Прототипом предлагаемого демодулятора является демодулятор, с помощью которого принимается АБС [1]. Описываемый авторами АБС получается путем кодирования передаваемой информационно-двоичной последовательности (ИДП) по следующему алгоритму: каждая передаваемая посылка (фиг.1 а) разбивается на две посылки, равные по времени, причем первая посылка совпадает с исходной, а вторая является инверсией первой (фиг.1 б). Полученный сигнал поступает на вход частотного модулятора. С его выхода ЧМ сигнал с большой девиацией передается по каналу связи. На фиг.1 б изображен сигнал, модулирующий поднесущую в канале "нажатия", а на фиг.1 в - сигнал, модулирующий поднесущую в канале "отжатия". В демодуляторе с помощью узкополосных фильтров происходит разделение принятого сигнала на два: сигнал "нажатия" и сигнал "отжатия". Для принятия решения о принятом бите производится весовое сложение сигналов. Вес каждого сигнала определяется его уровнем. Качество сигнала определяется путем сравнения посылок на поднесущих частотах, соответствующих одному биту передаваемой ИДП. Если они одинаковые, то сигнал задерживается и не поступает на вход сумматора, если различны, то сигнал поступает на сумматор, выход которого соединен со схемой решения. Схема решения определяет знак принятого бита с учетом нулевого порога.
Недостатком данного способа демодуляции является то, что при принятии решения не учитывается отношение (сигнал+помеха)/помеха, при сравнении сигналов, принимаемых на поднесущих частотах. Приведенные в вышеуказанной статье данные показали, что описанный в ней демодулятор ЧТ-АБС проигрывает идеальному демодулятору 2,22 дБ.
Задача изобретения - повышение надежности правильного приема сообщения в коротковолновом канале связи при наличии в нем замираний и сосредоточенных по спектру станционных помех.
н
от
Технический результат достигается с помощью использования АБС, благодаря которому предаваемый ЧМ сигнал с большой базой принимается как два независимых, дублирующих друг друга канала с AM сигналами. В первом канале ведется передача на частоте f, во втором - на частоте f, из них выбирается канал с максимальным отношением (сигнал+помеха)/помеха. Решения о значении бита в каждом из каналов принимается по порядку смены активной и пассивной посылки. В первом канале принятие активной посылки, а затем пассивной соответствует принятию логической "единицы", а приход пассивной, а затем активной посылки соответствует принятию логического "нуля". Во втором канале все происходит наоборот: принятие активной посылки, а затем пассивной соответствует принятию логического "нуля", а приход пассивной, а затем активной посылки соответствует принятию логической "единицы".
На фиг.2 изображена структурная схема демодулятора. Демодулятор состоит из демодулятора сигнала "нажатия" 1, демодулятора сигнала "отжатия" 2 и решающей схемы 3. Демодулятор сигнала "нажатия" 1 состоит из перемножителей принимаемого и квадратур опорного сигналов 4 и 5, интеграторов 6 и 7, двух полупериодных детекторов 8 и 9, устройства сложения 10. Демодулятор сигнала "отжатия" 2 состоит из перемножителей принимаемого и квадратур опорного сигналов 11 и 12, интеграторов 13 и 14, двух полупериодных детекторов 15 и 16, устройства сложения 17. Решающая схема 3 состоит из линий задержки 18 и 19, определителя отношения уровней напряжений и принятия решения 20 и 21, схемы выбора решения 22.
н
н
от
от
Демодулятор работает следующим образом. Входной сигнал поступает на вход демодулятора сигнала "нажатия" 1 и демодулятора сигнала "отжатия" 2, умножается в элементах 4 и 5 соответственно на sin(2·π·f) и cos(2·π·f), а в элементах 11 и 12 соответственно на sin(2·π·f) и cos(2·π·f), где
н
f - частота "нажатия";
от
f - частота "отжатия".
Сигналы с выходов перемножителей 4 и 5 поступают на входы интеграторов 6 и 7 соответственно, а с выходов перемножителей 11 и 12 - на входы интеграторов 13 и 14 соответственно. Интеграторы представляют собой кинематические фильтры [3]. Время интегрирования равно длительности символа АБС.С интеграторов сигналы поступают на двухполупериодные детекторы 8 и 9, 15 и 16. С выходов двухполупериодных детекторов 8 и 9 сигналы подаются на входы устройства сложения 10, а с выходов двухполупериодных детекторов 15 и 16 сигналы подаются на входы устройства сложения 17. Сигналы с выхода демодуляторов 1 и 2 (с выхода устройств сложения 10 и 17) поступают на схему решения 3 и задерживаются на длительность символа АБС линиями задержки 18 и 19 соответственно. Сигналы с выхода устройства сложения 10 и линии задержки 18 поступают на входы определителя отношения уровней напряжений и принятия решений 20, где полученные значения уровней соседних составляющих АБС сравниваются и по результатам сравнения выносится решение о принятом информационном бите в канале с сигналом "нажатия". Полученное отношение уровней равно отношению напряжения активного элемента, соответствующего времени излучения сигнала (уровень "сигнала+помеха") к напряжению пассивного элемента, соответствующему времени отсутствия сигнала (уровень "помеха"). Аналогично сигналы с выхода устройства сложения 17 и линии задержки 19 поступают на входы определителя отношения уровней напряжений и принятия решений 21, где полученные значения уровней сигналов сравниваются и по результатам их сравнения выносится решение о принятом информационном бите в канале с сигналом "отжатия". Полученные значения отношение (сигнал+помеха)/помеха с выходов элементов 20 и 21 поступают на схему выбора решения 22. Окончательное решение о принятом бите принимается после сравнения уровней (сигнал+помеха)/помеха в канале с сигналом "нажатия" и в канале с сигналом "отжатия". Схема выбора решения 22 принимает решение, которое соответствует каналу с наибольшим отношением (сигнал+помеха)/помеха.
На фиг.3 изображены график вероятности ошибки приема одного бита предлагаемым демодулятором в зависимости от отношения энергии предаваемого символа к спектральной плотности мощности шума для одного канала и потенциальная помехоустойчивость системы связи с ЧМ сигналами, рассчитанная по формуле [3]:
ош
2
P=0,5·exp(-h/2),
2
где h - отношение энергии активной посылки к спектральной плотности помехи.
На фиг.3 линия 1 проведена через точки, соответствующие значениям вероятности ошибок элементов сообщения, полученные в ходе вычислительного эксперимента, а линия 2 соответствует потенциальной помехоустойчивости ЧМ сигнала.
Из фиг.3 видно, что предлагаемый способ демодуляции АБС практически не проигрывает по энергетике идеальному демодулятору, который обеспечивает потенциальную помехоустойчивость приема сигналов частотной манипуляции. По сравнению с прототипом энергетический выигрыш составляет 2,22 децибелов, которые прототип энергетически проигрывает идеальному ЧМ демодулятору.
Использование предлагаемого способа демодуляции позволяет оценивать отношение (сигнал+помеха)/помеха в канале связи и на основании этого отношения принимать решение о знаке символа. Благодаря использованию АБС прием сигналов ведется по двум независимым частотно-разнесенным каналам и обеспечивает прием сообщений при непрохождении сигналов на одной из поднесущих частот вследствие селективных замираний или при поражении одного из каналов мощной станционной помехой.
Эффективность предлагаемого способа выражается в повышении помехозащищенности цифровых систем радиосвязи с использованием ЧМ сигналов в условиях многолучевости, в сложной помеховой обстановке и при малых отношениях сигнал/помеха.
Источники информации
1. Николаев Г.М., Салтыков О.В. Демодулятор ЧТ-АБС, реализованный на базе сигнального процессора ADSP-2181. // Техника радиосвязи. - 2000. - Вып.5. - С.60-72.
2. Стешенко В.Б., Бумагин А.В., Петров А.В., Шишкин Г.В. Анализ и моделирование цифрового некогерентного квадратурного демодулятора низкоскоростных ЧМ сигналов. // Цифровая обработка сигналов. - 2001. -№3 - С.37-42.
3. Финк Л.М. Теория передачи дискретных сообщений. Изд. 2-е переработанное и дополненное. - Советское радио, 1970. - С.728.