Демодулятор сигналов шестнадцатипозиционной квадратурной амплитудной манипуляции

 

Сущность изобретения: демодулятор содержит два четырехпозиционных фазовых детектора 1, 2, два блока регенерации 3, 4, два модулятора 5, 6, два вычитателя 7, 8, два блока формирования управляющих сигналов 9, 10, сумматор 11, фильтр 12, генератор управляемый напряжением 13. 1 - 3 - 5 - 7 - 9 - 11 - 12 - 13 - 1, 13 - 5, 13 - 9, 13 - 10 - 11, 13 - 2 - 4 - 6 - 8 - 10, 7 - 2, 13 - 6. 2 ил.

Изобретение относится к радиотехнике.

Цель изобретения - повышение помехоустойчивости.

На фиг. 1 изображена структурная электрическая схема предложенного демодулятора; на фиг.2 - схема блока формирования управляющего сигнала.

Демодулятор содержит первый, второй, четырехпозиционные фазовые детекторы 1, 2, первый, второй блоки 3, 4 регенерации, первый, второй модуляторы 5, 6, первый, второй вычитатели 7, 8, первый, второй блоки 9, 10 формирования управляющего сигнала, сумматор 11, фильтр 12, генератор (ГУН) 13, управляемый напряжением. Блоки 9, 10 содержат первый, второй фазовые детекторы 14, 15, первый, второй фильтры 16, 17 нижних частот, первый перемножитель 18, первый компаратор 19, второй перемножитель 20, второй компаратор 21, фазовращатель 22, вычитатель 23.

Демодулятор работает следующим образом.

На вход демодулятора поступает сигнал КАМ-16, имеющий в декартовом базисе вид S_вх=A+ cosω₀t+B+ sinω₀t, (1) где ω_o - несущая частота сигнала; A,B,C,D - выбираемые из набора {-1, +1} передаваемые символы.

На выходе ГУН 13 присутствует опорное колебание вида S_оп = Cos( ω_ot + ϕ), (2) поступающее на опорный вход фазового детектора 1.

При этом ϕ имеет смысл фазовой расстройки между несущим и опорным колебаниями, на первом выходе фазового детектора формируется колебание S^I₁ =A+ cosϕ-B+ sinϕ, (3) а на его втором выходе - колебание S^I₁^I=A+ sinϕ+B+ cosϕ, (4) Выражения (3) и (4) получены после перемножения колебания (2) и квадратурного ему на входной сигнал S_вх, определяемый выражением (1) и после фильтрации компонент на частоте 2 ω_o . При малых углах ϕ на первом и втором выходах блока регенерации 3 сформируются сигналы A и B соответственно, т.е. старший дибит передаваемой тетрады битов. Аналогично этому на первом и втором выходах блока и регенерации сформируются сигналы C и D соответственно, т.е. младший дибит передаваемой тетрады битов. Тогда в соответствии с сигналами на выходе блока 3 на выходе модулятора 5 будет сформировано колебание вида S₅ = ACos( ω_ot + ϕ ) + BSin( ω_ot + ϕ ) (5) с учетом поступающего на его опорный вход колебания, записанного в виде выражения (2).

После несложных тригонометрических преобразований в соответствии с формулами (1) и (5) на выходе вычитателя 7 сформируется колебание вида S₇=A+ -Acosϕ-Bsincosω₀t+B+ -Bcosϕ+Asinsinω_ot (6) Данное колебание (6) поступает на второй вход блока 9 формирования управляющего сигнала, на первый вход которого поступает колебание S_оп.

С учетом выражений (6) и (2) можно показать, что на выходе фильтра 16 будет сформировано колебание вида
S₁₆= A+ -Acosϕ-Bsincosϕ-B+ -Bcosϕ+Asinsinϕ, (7) а на выходе фильтра 17 - колебание вида
S₁₇=A+ -Acosϕ-Bsinsinϕ+B+ -Bcosϕ+Asincosϕ (8)
Раскрывая скобки в выражениях (7) и (8), получим
S₁₆=A+ cosϕ-B+ sinϕ-A (9)
S₁₇=A+ sinϕ+B+ cosϕ-B (10)
В таком случае после несложных тригонометрических преобразований получим, что на выходе вычитателя 23, т.е. на выходе блока 9 формирования управляющего напряжения будет сформировано колебание, определяемое выражением
S₉= + + sinϕ+ - (1-cosϕ)
(11)
В выражении (11) присутствует компонента, не связанная с манипуляцией, а именно sinϕ . . Именно в силу этого обстоятельства напряжение S₉ может быть использовано как управляющее напряжение для петли фазовой автоподстройки частоты. Колебание S₉ поступает на первый вход сумматора 11, имеющего коэффициент передачи по данному входу V₁.

Анализируя аналогично выражения (3)-(12), можно показать, что на выходе блока 10 формирования управляющего напряжения формируется колебание вида
S₁₀=2+ + sinϕ+ - (cosϕ-1)
(12) В данном сигнале также имеется компонента, не связанная с манипуляцией, а именно 2Sin ϕ , в силу чего напряжение S₁₀ также может быть использовано как управляющее напряжение в цепи фазовой автоподстройки частоты. Колебание S₁₀ поступает на второй вход сумматора 11, имеющего коэффициент передачи по данному входу V₂.

Анализ выражений (11) и (12) показывает, что шумовые процессы в них определяются одинаковыми модулирующими сигналами:
+ и -
В этом случае имеется принципиальная возможность скомпенсировать фазовые шумы, вызываемые манипуляционной компонентой выражения (11) за счет манипуляционной компоненты выражения (12).

Для этих целей в предложенном демодуляторе используется сумматор 11, имеющий по своему первому входу коэффициент передачи V₁, а по второму входу - коэффициент передачи V₂.

Рассмотрим результирующую дискриминационную характеристику демодулятора, т.е. зависимость
S₁₂ = f (ϕ) , где S₁₂ = V₁^. S₉ + V₂ ^. S₁₀.

При этом следует учесть, что вывод формул (11) и (12) был проведен для малых значений ϕ->> 0.

После когерентной демодуляции сигнала КАМ-16 в фазовых детекторах 1 и 2 на выходах блоков 3 и 4 получают оценки A,B,C,D передаваемых символов A,B, C, D. В общем случае оценки могут отличаться от истинных значений передаваемых символов вследствие действия шума, а также ввиду того, что опорное колебание, используемое при демодуляции, имеет некоторый фазовый сдвиг ϕ , который при больших значениях ϕ (для ансамбля КАМ-16 при ϕ > 16^о) приводит к ошибочным решениям компараторов, входящих в блок регенерации.

Поскольку работа компараторов 19 и 21 и компараторов блока регенерации записывается неаналитической разрывной функцией Sig n(x), т.е. знаковой функцией
sign(x)= то получить в аналитическом виде дискриминационную характеристику для любых значений ϕ не представляется возможным.

Моделированием на ЭВМ установлен набор коэффициентов V₁ и V₂, позволяющий минимизировать дисперсию результирующей дискриминационной характеристики: V₁ = -0,5; V₂ = 1.

Формула изобретения

1. ДЕМОДУЛЯТОР СИГНАЛОВ ШЕСТНАДЦАТИПОЗИЦИОННОЙ КВАДРАТУРНОЙ АМПЛИТУДНОЙ МАНИПУЛЯЦИИ, содержащий первый и второй четырехпозиционные фазовые детекторы, первый блок регенерации, первый модулятор, первый вычитатель и последовательно соединенные фильтр и генератор, управляемый напряжением, выход которого соединен с опорными входами четырехпозиционных фазовых детекторов и первого модулятора, выход которого соединен с первым входом первого вычитателя, второй вход которого соединен с информационным входом первого четырехпозиционного фазового детектора и является входом демодулятора, выход первого вычитателя соединен с информационным входом второго четырехпозиционного фазового детектора, причем выходы первого четырехпозиционного фазового детектора через первый блок регенерации подключены к информационным входам первого модулятора и являются одними выходами демодулятора, отличающийся тем, что, с целью повышения помехоустойчивости, введены второй блок регенерации, второй вычитатель, второй модулятор, два блока формирования управляющего сигнала, а также сумматор, выход которого соединен с входом фильтра, а первый и второй входы с выходами первого и второго блоков формирования управляющего сигнала, соответственно первые входы которых соединены с выходом генератора управляемого напряжения, а вторые входы - с выходами первого и второго вычитателей соответственно, причем первый вход второго вычитателя является входом демодулятора, а второй его вход соединен с выходом второго модулятора, опорный вход которого соединен с опорным входом первого модулятора, выходы второго четырехпозиционного фазового детектора через второй регенератор соединены с информационными входами второго модулятора и являются другими выходами демодулятора.

2. Демодулятор по п.1, отличающийся тем, что каждый блок формирования управляемого сигнала содержит последовательно соединенные первый фазовый детектор, первый фильтр нижних частот и первый перемножитель, выход которого соединен с первым входом вычитателя, выход которого является выходом блока формирования управляющего сигнала, последовательно соединенные второй фазовый детектор, второй фильтр нижних частот и второй перемножитель, выход которого соединен с вторым входом вычитателя, выход первого фильтра нижних частот через первый компаратор соединен с вторым входом второго перемножителя, выход второго фильтра нижних частот через второй компаратор соединен с вторым входом первого перемножителя, первые входы фазовых детекторов соединены и являются вторым входом блока формирования управляющего сигнала, первым входом которого являются второй вход первого фазового детектора и вход фазовращателя, выход которого соединен с вторым входом второго фазового детектора.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2