Демодулятор сигналов четырехпозиционной фазовой манипуляции

 

Сущность изобретения: демодулятор содержит два фазовых детектора, два фильтра нижних частот, вычитатель, петлевой фильтр, генератор, фазовращатель, блок измерения отношения сигнал/шум, два двойных балансных смесителя, два регулируемых усилителя. 1 ил.

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в аппаратуре систем связи с фазовой манипуляцией (ФМ).

Известен демодулятор сигналов четырехпозиционной фазовой манипуляции, содержащий первый и второй фазовые детекторы, выходы которых подключены к входам соответственно первого и второго фильтров нижних частот, вычитатель, выход которого через петлевой фильтр соединен с входом управляемого генератора, выход которого соединен с первым входом первого фазового детектора и с входом фазовращателя, выход которого подключен к первому входу второго фазового детектора, второй вход которого соединен с вторым входом первого фазового детектора и является входом демодулятора, выходами которого являются выходы первого и второго фильтров нижних частот.

Недостатком известного демодулятора является его низкая помехоустойчивость, обусловленная тем, что структура демодулятора оптимальна только при высоких отношениях сигнал-шум (ОСШ) и, соответственно, приводит к энергетическому проигрышу при низком (или при меняющемся) значении ОСШ на входе демодулятора.

Целью изобретения является повышение помехоустойчивости демодулятора.

Функциональная схема демодулятора изображена на чертеже.

Демодулятор содержит первый 1 и второй 2 фазовые детекторы, выходы которых подключены к входам соответственно первого 3 и второго 4 фильтров нижних частот, вычитатель 5, выход которого через петлевой фильтр 6 соединен с входом управляемого генератора 7. Выход генератора 7 соединен с первым входом фазового детектора 1 и через фазовращатель 8 - с первым входом фазового детектора 2, второй вход которого соединен с вторым входом фазового детектора 1, с входом блока 9 измерения отношения сигнал/шум и является входом демодулятора. Выходы фильтров 3, 4 являются выходами демодулятора, а также подключены к вторым входам соответственно первого 10 и второго 11 двойных балансных смесителей, выходы которых подключены соответственно к первому и второму входам вычитателя 5. Выход блока 9 подключен к первым входам первого 12 и второго 13 регулируемых усилителей, выходы которых соединены с первыми входами соответственно первого 10 и второго 11 балансных смесителей. Вторые входы регулируемых усилителей 12, 13 подключены к выходам соответственно фильтров 4, 3.

Двойные балансные смесители 10 и 11 обеспечивают нелинейное преобразование сигналов на их входах в соответствии с выражением U_вых = K₁ ^. U₁ + th ^. U₂, (1) где K₁ - коэффициент пропорциональности; U₁, U₂ - сигналы на первом и втором входах двойных балансных смесителей соответственно. Преобразование вида (1) легко получить, реализуя каждый из двойных балансных смесителей 10 и 11 в виде перемножителей на транзисторных дифференциальных каскадах.

Коэффициент передачи регулируемых усилителей 12 и 13 изменяется пропорционально величине напряжения на их первых входах.

Демодулятор работает следующим образом.

На первые входы первого и второго фазовых детекторов 1 и 2, а также на вход блока 9 измерения отношения сигнал/шум поступает аддитивная смесь сигнала и белого гауссова шума, имеющая вид: S_вх(t)=Acos(ω_ot+i)+n(t), (2) где A - амплитудный множитель; ω_o - несущая частота сигнала; i - целое число из множества {0,1,2,3}, выбираемое в соответствии с манипуляционным кодом; n(t) - белый гауссов шум с односторонней спектральной плотностью N_o.

После перемножения сигнала с опорным сигналом и оптимальной фильтрации в фильтрах 3 и 4 нижних частот получаем на выходах фильтров 3 и 4 нижних частот квадратурных каналов соответственно сигналы: a(t)= S_вх·cos(ω₀t+ϕ), _b(t)= , (3) где Т_с - длительность символа; ϕ - фазовое рассогласование между сигналом и опорным сигналом.

Блок 9 формирует на своем выходе управляющее напряжение, пропорциональное величине отношения сигнал/шум:
S_у=K₂· =K₂q, (4) где К₂ - коэффициент пропорциональности.

Сигналы a(t) и b(t) после прохождения через регулируемые усилители 12 и 13 с коэффициентом передачи, определяемым выражением (4), поступают на вторые входы двойных балансных смесителей 10 и 11, реализующих выражение (1).

Сигналы S₁ и S₂ на выходах первого 10 и второго 11 двойных балансных смесителей имеют вид соответственно:
S₁ = K₁a(t) ˙ thK₂ ^. qb(t), (5)
S₂ = K₁b(t) ^. thK₂ ^. qa(t), а на выходе вычитателя 5 формируется сигнал вида:
S₃ = K₁[a(t)thK₂qb(t) - b(t) ^. thK₂qa(t)] (6)
Положим для простоты K₁ = K₂ = 1. Как известно, при больших значениях аргумента гиперболическая функция th x хорошо апроксимируется знаковой функцией sgn x, следовательно, при высоком отношении сигнал/шум (q >> 1) выражение (6) можно записать в виде:
S₃ ≈ a(t) ^.sgn b(t) - b(t) sgn a(t) (7)
Из выражения (7) видно, что при высоких значениях отношения сигнал/шум демодулятор эквивалентен известной схеме Костаса, являющейся асимптотически оптимальной при q >> 1.

При малых значениях отношения сигнал/шум функцию th x в выражении (6) можно разложить в степенной ряд вида:
thx=x- x³+ x⁵-... (8)
Поскольку при малом отношении сигнал/шум ряд быстро сходится, то, ограничиваясь первыми двумя членами ряда, получаем:
S₃ ≈ q³[a³(t) ^. b(t) - a(t) ^. b³(t)] (9)
Известно, что устройство, формирующее оценку фазы в соответствии с выражением (9), является оптимальным при низком отношении сигнал/шум.

Сигнал S₃ через петлевой фильтр 6 поступает на вход управляемого генератора 7, обеспечивая формирование на его выходе оптимальной оценки фазы несущей.

Таким образом, описанный демодулятор обеспечивает повышение помехоустойчивости за счет формирования оптимальной оценки фазы сигнала как при высоком, так и при низком значении отношения сигнал/шум.

Формула изобретения

ДЕМОДУЛЯТОР СИГНАЛОВ ЧЕТЫРЕХПОЗИЦИОННОЙ ФАЗОВОЙ МАНИПУЛЯЦИИ, содержащий первый и второй фазовые детекторы, выходы которых подключены к входам соответственно первого и второго фильтров нижних частот, вычитатель, выход которого через петлевой фильтр соединен с входом управляемого генератора, выход которого соединен с первым входом первого фазового детектора и с входом фазовращателя, выход которого подключен к первому входу второго фазового детектора, второй вход которого соединен с вторым входом первого фазового детектора и является входом демодулятора, выходами которого являются выходы первого и второго фильтров нижних частот, отличающийся тем, что, с целью повышения помехоустойчивости, введены два двойных балансных смесителя, два регулируемых усилителя и блок измерения отношения сигнал/шум, выход которого подключен к первым входам первого и второго регулируемых усилителей, выходы которых соединены с первыми входами соответственно первого и второго двойных балансных смесителей, выходы которых подключены соответственно к первому и второму входам вычитателя, при этом выходы первого и второго фильтров нижних частот подключены к вторым входам соответственно первого и второго двойных балансных смесителей, вход блока измерения отношения сигнал/шум подключен к второму входу первого фазового детектора, а вторые входы первого и второго регулируемых усилителей подключены к выходам соответственно второго и первого фильтров нижних частот.

РИСУНКИ

Рисунок 1