Демодулятор сигналов шестнадцатипозиционной квадратурной амплитудной манипуляции

 

Использование: в радиотехнике. Сущность изобретения: демодулятор содержит два фазовых детектора 1, 2, решающее устройство 3, четырехпозиционный модулятор 4, два вычитателя 5, 6, фильтр 7, генератор, управляемый напряжением 8, два переключателя 9, 10, два ограничителя 11, 12. 1-3-4-5-6-2-12-10-6-7-8-4, 1-3-4, 1-2-9-6, 2-11-9, 2-10, 8-2. 1 табл. , 3 ил.

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в аппаратуре систем связи с сигналами шестнадцатипозиционной квадратурной амплитудной манипуляции (КАМ-16).

Целью изобретения является повышение помехоустойчивости демодулятора.

На фиг. 1 показана функциональная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - дискриминационные характеристики S(ϕ) предлагаемого устройства (а) и прототипа (б); на фиг. 3 - зависимости уровня манипуляционных шумов от угла фазовой расстройки ϕ для предлагаемого устройства (а) и прототипа (б).

Демодулятор сигналов шестнадцатипозиционной квадратурной амплитудной манипуляции содержит первый и второй фазовые детекторы 1 и 2, решающее устройство 3, четырехпозиционный модулятор 4, первый вычитатель 5, второй вычитатель 6, фильтр 7, генератор, управляемый напряжением 8, первый и второй перемножители 9 и 10, первый и второй ограничители 11 и 12.

Вход демодулятора соединен с первыми входами фазового детектора 1 и вычитателя 5, выход которого соединен с первым входом фазового детектора 2. Выход фильтра 7 соединен со входом генератора 8, выход которого соединен со вторыми входами фазовых детекторов 1, 2 и первым входом модулятора 4.

Выход модулятора 4 соединен со вторым входом вычитателя 5. Выходы фазового детектора 1 соединены со входами устройства 3, третий и четвертый выходы которого соединены со вторым и третьим входами модулятора 4. Первый выход фазового детектора 2 соединен с первым входом перемножителя 9 и, через ограничитель 12, со вторым входом перемножителя 10. Второй выход фазового детектора 2 соединен с первым входом перемножителя 10 и, через ограничитель 11, со вторым входом перемножителя 9. Выходы перемножителей 9, 10 соединены с первым вторым входами вычитателя 6, соответственно, выход которого соединен со входом фильтра 7. Первый и второй выходы устройства 3 заявляются выходами демодулятора.

Демодулятор работает следующим образом.

Входной сигнал КАМ-16, который в декартовом базисе можно представить в виде U_вх= (А + C/2)соs ω_ot + (B + D/2)sin ω_ot, (1) где ω_o - несущая частота сигнала КАМ 16; А, В, С, D - выбираемые из набора (+1; -1) информационные символы, поступает на первый вход первого фазового детектора, на второй вход которого поступает сигнал восстановленной несущей с выхода генератора 8. Сигнал восстановленной несущей, содержащий в общем случае фазовую ошибку ϕ, можно представить в виде U_нес. = cos ( ω_ot + ϕ). (2) В этом случае сигналы U₁ и U₂ на первом и втором выходах первого фазового детектора 1 будут иметь вид U₁ = (А₁ +C/2 )cosϕ - (B + D/2) sinϕ U₂ = (А + C/2) sinϕ + (B + D/2 )cosϕ . (3) На первом-четвертом выходах решающего устройства 3 появляются демодулированные данные , , , . Решающее устройство 3 содержит в общем случае набор компараторов, вносящих решения о переданных разрядах А, В, С, D в соответствии с выбранным манипуляционным кодом.

С первого и второго выходов решающего устройства 3 демодулированные данные и поступают на четырехпозиционный модулятор 4, на опорный вход которого поступает сигнал U_нес с выхода генератора 8. С выхода четырехпозиционного модулятора 4 сигнал U_мод, где U_мод = /2 соs(ω_ot + ϕ) + /2 sin(ω_ot + ϕ), (4) поступает на второй вход первого вычитателя 5, на первый вход которого поступает входной сигнал КАМ-16.

Сигнал U_выч., где U_выч. = U_вх - Uмод. , (5) с выхода первого вычитателя 5, поступает на первый вход второго фазового детектора 2, который служит для восстановления несущей частоты ω_o. Второй фазовый детектор 2, перемножители 9. 10, ограничители 11, 12, второй вычитатель 6, фильтр 7 и генератор 8 образуют хорошо известную четырехпозиционную схему Костаса.

При этом, в случае малых значений углов фазовой расстройки ϕ, матожидание напряжения на выходе второго вычитателя 6 оказывается пропорциональным sin ϕ и, таким образом, петля ФАПЧ замыкается, обеспечивая в режиме слежения ϕ -> 0.

Моделирование на ЭВМ, проводимое по формулам (1)-(5) и по аналогичным зависимостям, описывающим работу прототипа, позволяет строить нормированные дискриминационные характеристики S(ϕ) (см. фиг. 2) предлагаемого демодулятора (кривая а), и прототипа (кривая б)).

При этом можно показать улучшение шумовых характеристик предлагаемого демодулятора в сравнении с прототипом.

На фиг. 3 представлены зависимости R(ϕ ) для предлагаемого устройства (кривая а)) и прототипа (кривая б), где
R(ϕ) = (6)
В формуле (6) σ [S(ϕ)] есть среднеквадратическое отклонение величины S(ϕ), a M[S(ϕ)] - ее математическое ожидание. При нахождения σ[S(ϕ) и М[S(ϕ)] имеется в виду модуляционная составляющая шума, т. е. усреднение ведется по всем вариантам передаваемых значений А, В, С, D.

Приведем количественные данные, показывающие достижение положительного эффекта, т. е. повышение помехоустойчивости предлагаемого демодулятора. Для этого найдем отношение R_п(ϕ ) и R_и(ϕ ), где R_п(ϕ ) и R_и(ϕ ) - величины, определяемые формулой (6) для прототипа и изобретения, соответственно.

Данные расчетов представлены в таблице.

Из таблицы следует, что выигрыш по отношению сигнал/шум восстановленной несущей предлагаемого устройства, в сравнении с прототипом, составляет величину порядка 13,6-23,1 дБ (при фазовых расстройках от 1^о до 3^о), что подтверждает достижение поставленной цели изобретения.

Формула изобретения

ДЕМОДУЛЯТОР СИГНАЛОВ ШЕСТНАДЦАТИПОЗИЦИОННОЙ КВАДРАТУРНОЙ АМПЛИТУДНОЙ МАНИПУЛЯЦИИ, содержащий первый фазовый детектор, первый вход которого подключен к первому входу первого вычитателя, выход которого соединен с первым входом второго фазового детектора, второй вход которого соединен с вторым входом первого фазового детектора, с выходом генератора управляемого напряжением и с первым входом четырехпозиционного модулятора, выход которого подключен к второму входу первого вычитателя, фильтр, выход которого соединен с входом генератора управляемого напряжением, причем первый и второй выходы первого фазового детектора подключены к соответствующим входам решающего устройства, первый и второй выходы которого подключены соответственно к второму и третьему входам четырехпозиционного модулятора, отличающийся тем, что, с целью повышения помехоустойчивости, введены второй вычитатель, два перемножителя и первый и второй ограничители, выходы которых соединены с первыми входами соответственно первого и второго перемножителей, выходы которых подключены к входам второго вычитателя, выход которого соединен с входом фильтра, причем первый выход второго фазового детектора соединен с вторым входом первого перемножителя и с входом второго ограничителя, а второй выход второго фазового детектора подключен к второму входу второго перемножителя и к входу первого ограничителя.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4