Демодулятор сигналов шестнадцатипозиционной квадратурной амплитудной манипуляции

 

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано при демодуляции сигналов шестнадцатипозиционной квадратурной амплитудной манипуляции. Техническим результатом является повышение помехоустойчивости демодуляции сигналов КАМ-16 за счет поддержания равенства коэффициентов передачи в синфазном и квадратурном каналах демодулятора. Для этого демодулятор сигналов шестнадцатипозиционной квадратурной амплитудной манипуляции содержит первый и второй фазовые детекторы, первый и второй фильтры нижних частот, первый-десятый компараторы, фазовращатель на 90°, дешифратор, первый-шестой счетчики, два блока сравнения. 4 табл., 7 ил.

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано при демодуляции сигналов шестнадцатипозиционной квадратурной амплитудной манипуляции (КАМ-16).

Известен демодулятор сигналов шестнадцатипозиционной квадратурной амплитудной манипуляции, содержащий два фазовых детектора, два фильтра нижних частот, фазовращатель и два квантователя (см. патент РФ №2020767, МКИ 5 H 04 L 27/22, опубл. БИ №18, 30.09.94 г.) [1].

Недостатком известного демодулятора является то, что уровень сигнала КАМ-16 не подстраивается в процессе работы так, чтобы всегда оптимальным образом соответствовать уровням срабатывания квантователей. Между тем, уровни срабатывания квантователей установлены равными (0;+1;-1) в каждом из каналов известного устройства именно в предположении об оптимальном уровне сигнала как на входе устройства, так и в каждом из каналов. Пороги квантователей образуют шестнадцать зон принятия решения для каждой точки сигнала КАМ-16 и, в том числе, если уровни сигналов на входах квантователей оказываются отличными от нормативных, зоны принятия решений оказываются сформированными неоптимально (отличными от критерия Котельникова-Зигерта [2]), что приводит к увеличению вероятности ошибки на выходе демодулятора и соответствующему снижению помехоустойчивости.

Известен также демодулятор сигналов шестнадцатипозиционной квадратурной амплитудной манипуляции, содержащий блок восстановления несущей, выход которого подключен ко второму входу первого фазового детектора и через фазовращатель на 90°- ко второму входу второго фазового детектора, первый вход которого соединен с первым входом первого фазового детектора и является входом демодулятора, выходы первого и второго фазовых детекторов соединены, соответственно, с входами первого и второго фильтров нижних частот, при этом входы первого, второго, третьего, седьмого и восьмого компараторов соединены, а выходы седьмого и восьмого компараторов соединены с входами первого элемента ИЛИ, выход которого подключен к входу первого счетчика и первому входу второго элемента ИЛИ, выход и второй вход которого соединены, соответственно, с входом второго счетчика и входом третьего счетчика, который подключен к выходу третьего элемента ИЛИ, входы которого соединены с выходами девятого и десятого компараторов, входы которых соединены с входами четвертого, пятого и шестого компараторов, при этом выходы второго и пятого компараторов являются, соответственно, первым и вторым выходами демодулятора, выходы первого и третьего компараторов соединены, соответственно, с первым входом четвертого элемента ИЛИ и прямым входом первого элемента И, инверсный вход и выход которого соединены, соответственно, с выходом второго компаратора и вторым входом четвертого элемента ИЛИ, выход которого является третьим выходом демодулятора, четвертым выходом которого является выход пятого элемента ИЛИ, входы которого соединены, соответственно, с выходами шестого компаратора и второго элемента И, к прямому и инверсному входам которого подключены, соответственно, выходы четвертого и пятого компараторов (см. а.с. №2019051, МКИ 5 H 04 L 27/22, опубл. БИ №16, 30.08.94 г.) [3].

Недостатком известного демодулятора является низкая помехоустойчивость, обусловленная, как и в устройстве [1], тем, что уровень сигнала КАМ-16 не подстраивается на входе демодулятора и в его каналах в процессе работы так, чтобы всегда соответствовать зонам принятия решений, установленным оптимально по критерию идеального наблюдения.

Из известных технических решений наиболее близким к патентуемому устройству (прототипом) является демодулятор сигналов шестнадцатипозиционной квадратурной амплитудной манипуляции, содержащий блок восстановления несущей, выход которого подключен ко второму входу первого фазового детектора и через фазовращатель на 90° - ко второму входу второго фазового детектора, первый вход которого соединен с первым входом первого фазового детектора, выходы первого и второго фазовых детекторов соединены, соответственно, с входами первого и второго фильтров нижних частот, при этом входы первого, второго, третьего, седьмого и восьмого компараторов соединены, а выходы седьмого и восьмого компараторов соединены с входами первого элемента ИЛИ, выход которого подключен к входу первого счетчика и первому входу второго элемента ИЛИ, выход и второй вход которого соединены, соответственно, с входом второго счетчика и входом третьего счетчика, который подключен к выходу третьего элемента ИЛИ, входы которого соединены с выходами девятого и десятого компараторов, входы которых соединены с входами четвертого, пятого и шестого компараторов, при этом выходы второго и пятого компараторов являются, соответственно, первым и вторым выходами демодулятора, выходы первого и третьего компараторов соединены, соответственно, с первым входом четвертого элемента ИЛИ и прямым входом первого элемента И, инверсный вход и выход которого соединены, соответственно, с выходом второго компаратора и вторым входом четвертого элемента ИЛИ, выход которого является третьим выходом демодулятора, четвертым выходом которого является выход пятого элемента ИЛИ, входы которого соединены, соответственно, с выходами шестого компаратора и второго элемента И, к прямому и инверсному входам которого подключены, соответственно, выходы четвертого и пятого компараторов, первый, второй, третий и четвертый входы дешифратора подключены, соответственно, к первому, второму, третьему и четвертому выходам демодулятора, первый, второй, третий и четвертый выходы дешифратора соединены с соответствующими входами шестого элемента ИЛИ, выход которого соединен с первым входом четвертого счетчика, выход которого соединен с первым входом первого блока сравнения, второй вход которого соединен с выходом пятого счетчика, вход которого соединен с выходом седьмого элемента ИЛИ, входы которого соединены, соответственно, с пятым, шестым, седьмым и восьмым выходами дешифратора, выход шестого счетчика соединен со вторыми входами четвертого, пятого и первого реверсивного счетчиков, первый и третий входы первого реверсивного счетчика соединены, соответственно, с первым и вторым выходами первого блока сравнения, выход первого реверсивного счетчика соединен с входом первого цифроаналогового преобразователя, вход и выход первого управляемого усилителя соединен, соответственно, с выходом первого фильтра нижних частот и входом первого компаратора, вход и выход второго управляемого усилителя соединен, соответственно, с выходом второго фильтра нижних частот и входом четвертого компаратора (см. патент РФ №2198470, МПК 7 H 04 L 27/22, опубл. БИ №4, 10.02.2003 г.) [4] - прототип.

Устройство-прототип обеспечивает поддержание уровня входного сигнала таким, чтобы минимизировать потери помехоустойчивости, связанные с неоптимальным уровнем сигнала на входе демодулятора.

Однако устройство-прототип не способно уменьшить ту составляющую величины потери помехоустойчивости, которая связана с неодинаковыми коэффициентами передачи в каналах демодулятора (т.е. с амплитудной канальной неидентичностью).

Вместе с тем, даже при установленном оптимальном уровне входного сигнала естественная амплитудная неидентичность коэффициентов передачи синфазного и квадратурного каналов демодулятора (связанная с разными коэффициентами передачи ФД, ФНЧ и т.д.) будет приводить к дополнительным потерям помехоустойчивости, которые в устройстве-прототипе не устраняются.

Таким образом, недостаток устройства-прототипа состоит в его низкой помехоустойчивости.

Технический результат - повышение помехоустойчивости демодуляции сигналов КАМ-16 за счет поддержания коэффициентов передачи в синфазном и квадратурном каналах демодулятора одинаковыми и, следовательно, соответствующими оптимальным зонам принятия решений, достигается выполнением следующих операций над сигналом:

- каждую демодулированную тетраду информационных символов ABCD дешифрируют и определяют номер зоны принятия решения, к которой демодулятор отнес принятую сигнальную точку;

- устанавливают циклически повторяющийся интервал счета m тактов;

- подсчитывают за выбранный интервал счета m количество сигнальных точек, отнесенных демодулятором к любой из четырех зон принятия решений, номера которых соответствуют входному сигналу с максимальной амплитудой;

- один раз в конце выбранного интервала счета сравнивают подсчитанные количества демодулированных сигнальных точек с максимальной и минимальной амплитудой и, в случае их несовпадения, изменяют на одну дискрету уровень сигнала на управляющем входе третьего управляемого усилителя, включенного по входу демодулятора, при этом:

- в случае, если количество сигнальных точек с максимальной амплитудой больше (меньше) количества сигнальных точек с минимальной амплитудой, то изменяют уровень сигнала на управляющем входе третьего усилителя таким образом, чтобы это приводило к уменьшению (увеличению) сигнала на его выходе;

- подсчитывают за выбранный интервал счета m количество сигнальных точек, отнесенных демодулятором к любой из четырех зон принятия решений, номера которых соответствуют сигналу с преобладанием коэффициента передачи по синфазному каналу (ПКПС);

- подсчитывают за выбранный интервал счета m количество сигнальных точек, отнесенных демодулятором к любой из четырех зон принятия решений, номера которых соответствуют сигналу с преобладанием коэффициента передачи по квадратурному каналу (ПКПК);

- один раз в конце выбранного интервала счета сравнивают подсчитанные количества демодулированных сигнальных точек с ПКПС и с ПКПК и, в случае их несовпадения, изменяют на одну дискрету уровни сигналов на управляющих входах первого и второго управляемых усилителей, включенных в синфазный и квадратурный каналы демодулятора, при этом:

- в случае, если количество сигнальных точек с ПКПС больше (меньше) количества сигнальных точек с ПКПК, то изменяют уровни сигналов на управляющих входах первого и второго усилителей так, чтобы это приводило к уменьшению (увеличению) сигнала на выходах усилителей в соответствующих каналах.

Таким образом, замыкаются две петли автоматической регулировки усиления, причем при этом не только уровень входного сигнала КАМ-16, но и уровни сигналов в каждом из каналов демодулятора точно поддерживаются соответствующими оптимальным зонам принятия решений, что повышает помехоустойчивость демодулятора.

Это достигается тем, что демодулятор сигналов шестнадцатипозиционной квадратурной амплитудной манипуляции содержит блок восстановления несущей, выход которого подключен ко второму входу первого фазового детектора и через фазовращатель на 90° - ко второму входу второго фазового детектора, первый вход которого соединен с первым входом первого фазового детектора, выходы первого и второго фазовых детекторов соединены, соответственно, с входами первого и второго фильтров нижних частот, при этом входы первого, второго, третьего, седьмого и восьмого компараторов соединены, а выходы седьмого и восьмого компараторов соединены с входами первого элемента ИЛИ, выход которого подключен к входу первого счетчика и первому входу второго элемента ИЛИ, выход и второй вход которого соединены, соответственно, с входом второго счетчика и входом третьего счетчика, который подключен к выходу третьего элемента ИЛИ, входы которого соединены с выходами девятого и десятого компараторов, входы которых соединены с входами четвертого, пятого и шестого компараторов, при этом выходы второго и пятого компараторов являются, соответственно, первым и вторым выходами демодулятора, выходы первого и третьего компараторов соединены, соответственно, с первым входом четвертого элемента ИЛИ и прямым входом первого элемента И, инверсный вход и выход которого соединены, соответственно, с выходом второго компаратора и вторым входом четвертого элемента ИЛИ, выход которого является третьим выходом демодулятора, четвертым выходом которого является выход пятого элемента ИЛИ, входы которого соединены, соответственно, с выходами шестого компаратора и второго элемента И, к прямому и инверсному входам которого подключены, соответственно, выходы четвертого и пятого компараторов, первый, второй, третий и четвертый входы дешифратора подключены, соответственно, к первому, второму, третьему и четвертому выходам демодулятора, первый, второй, третий и четвертый выходы дешифратора соединены с соответствующими входами шестого элемента ИЛИ, выход которого соединен с первым входом четвертого счетчика, выход которого соединен с первым входом первого блока сравнения, второй вход которого соединен с выходом пятого счетчика, вход которого соединен с выходом седьмого элемента ИЛИ, входы которого соединены, соответственно, с пятым, шестым, седьмым и восьмым выходами дешифратора, выход шестого счетчика соединен со вторыми входами четвертого, пятого и первого реверсивного счетчиков, первый и третий входы первого реверсивного счетчика соединены, соответственно, с первым и вторым выходами первого блока сравнения, выход первого реверсивного счетчика соединен с входом первого цифроаналогового преобразователя, вход и выход первого управляемого усилителя соединен, соответственно, с выходом первого фильтра нижних частот и входом первого компаратора, вход и выход второго управляемого усилителя соединен, соответственно, с выходом второго фильтра нижних частот и входом четвертого компаратора.

Согласно изобретению, в него введены восьмой и девятый элемент ИЛИ, седьмой и восьмой счетчики, второй блок сравнения, второй реверсивный счетчик, второй цифроаналоговый преобразователь и третий управляемый усилитель, причем девятый, десятый, одиннадцатый и двенадцатый выходы дешифратора соединены с соответствующими входами восьмого элемента ИЛИ, выход которого соединен с первым входом седьмого счетчика, выход которого соединен с первым входом второго блока сравнения, второй вход которого соединен с выходом восьмого счетчика, вход которого соединен с выходом девятого элемента ИЛИ, входы которого соединены, соответственно, с тринадцатым, четырнадцатым, пятнадцатым и шестнадцатым выходами дешифратора, выход шестого счетчика соединен со вторыми входами седьмого, восьмого и второго реверсивного счетчиков, первый и третий входы второго реверсивного счетчика соединены, соответственно, с первым и вторым выходами второго блока сравнения, выход второго реверсивного счетчика соединен с входом второго цифроаналогового преобразователя, выход которого соединен со вторыми входами первого и второго управляемых усилителей, выход первого цифроаналогового преобразователя соединен со вторым входом третьего управляемого усилителя, выход которого соединен с первым входом первого фазового детектора, а первый вход является входом демодулятора.

На фиг.1 приведена функциональная схема демодулятора сигналов КАМ-16.

На фиг.2 приведены сигнальные точки ансамбля КАМ-16 и соответствующие им оптимальные зоны принятия решений.

Фиг.3 иллюстрирует принцип измерения вероятности ошибки на выходе демодулятора.

Фиг.4 и 5 иллюстрируют принцип поддержания оптимальным (соответствующим максимальной помехоустойчивости) уровня входного сигнала.

Фиг.6 и 7 иллюстрируют принцип поддержания оптимальным (соответствующим максимальной помехоустойчивости) уровня сигнала в каждом из каналов демодулятора.

Демодулятор сигналов КАМ-16 содержит первый, второй фазовые детекторы 1, 2, первый, второй фильтры 3, 4 нижних частот, первый - десятый компараторы 5-14, первый, второй элементы И 15, 16, фазовращатель 17 на 90°, блок 18 восстановления несущей, первый - пятый элементы ИЛИ 19-23, первый, второй, третий счетчики 24-26, дешифратор 27, шестой и седьмой элементы ИЛИ 28, 29, четвертый - шестой счетчики 30-32, первый блок 33 сравнения, первый реверсивный счетчик 34, первый цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) 35, первый и второй управляемые усилители 36, 37, восьмой и девятый элементы ИЛИ 38, 39, седьмой и восьмой счетчики 40, 41, второй блок 42 сравнения, второй реверсивный счетчик 43, второй ЦАП 44, третий управляемый усилитель 45.

Дешифратор 27 имеет с первого по шестнадцатый выходы 46-61.

Демодулятор работает следующим образом.

На вход демодулятора поступает сигнал КАМ-16 в виде:

где А, В, С, D - выбираемые из множества (-1;+1) информационные символы:

w₀ - несущая частота сигнала.

Представление сигнала КАМ-16 в виде (1) хорошо согласуется с суперпозиционным принципом формирования сигнала КАМ-16.

Между передаваемыми информационными символами (-1; +1) в каждом разряде квадруплета ABCD и битами тетрады битов при каждой сигнальной точке ансамбля КАМ-16 существует простое соответствие:

символ -1 соответствует биту 0, а символ +1 соответствует биту 1.

Исходя из этого, можно сказать, что в тетраде битов, приписанных каждой сигнальной точке ансамбля КАМ-16 на фиг.2, первый бит соответствует символу А, второй - В, третий - С и четвертый - D. Так, тетрада 0101 означает передачу следующих символов: А=-1, В=+1, С=-1, D=+1.

Обозначим напряжение на выходе фильтра 3 как U₃, напряжение на выходе фильтра 4 как U₄ (фиг.2).

На выходе любого из компараторов формируется логическая 1, если уровень на его входе превышает порог срабатывания (и наоборот).

Пороги срабатывания компараторов приведены в табл.1.

Из сопоставления расположения сигнальных точек ансамбля КАМ-16 и зон принятия решения на фиг.2 следует то, что на выходе компаратора 6 формируется символ А, на выходе компаратора 9 - символ В.

Образование символа С происходит по правилу:

где Е и F - двоичные данные на выходе компараторов 5 и 7, соответственно;

+ - символ булевской операции сложения (ИЛИ).

Образование символа D происходит по аналогичному правилу.

При этом блоки 15, 22 и 16, 23 формируют уравнение вида (2) для определения символов С и D соответственно.

Рассмотрим, каким образом происходит восстановление данных при демодуляции, например, сигнальной точки S₈ (см. фиг.3). При приеме сигнальной точки S₈ на выходах ФНЧ 3 и ФНЧ 4 напряжения будут таковы, что срабатывают компараторы 6 и 9 с нулевыми порогами и на первом выходе демодулятора появится бит 1 (А=+1), на втором выходе появится бит 1 (В=+1). Поскольку компаратор 5 также сработает (ибо напряжение U₃ превышает пороговую для компаратора 5 величину +1), то через элемент ИЛИ 22 на третьем выходе демодулятора появится бит 1 (С=+1).

Компаратор 10 не сработает, ибо U₄ не превышает пороговой для компаратора величины 1. Компаратор 8 срабатывает, так как порог составляет -1, но элемент И 16 будет закрыт по инверсному входу сигналом с выхода компаратора 9 и в итоге на выходе элемента ИЛИ 23 будет сформирован бит 0 (D=-1). Данный набор битов 1110 полностью соответствует коду на фиг.2 для точки S₈ (фиг.3).

При передаче любой сигнальной точки S₁-S₁₆ логика работы компараторов 5-14, элементов И 15, 16 и элементов ИЛИ 22, 23 такова, что всегда на первом выходе демодулятора будет формироваться символ А, на втором выходе - символ В, на третьем - символ С, на четвертом - D (см. фиг.1) в соответствии с выбранным манипуляционным кодом (см. фиг.2).

Рассмотрим, каким образом происходит измерение вероятности ошибки на выходе демодулятора.

Поскольку заявляемый демодулятор принимает решения по критерию идеального наблюдателя, то ошибки при приеме сигналов ансамбля КАМ-16 происходят в демодуляторе только тогда, когда передаваемая сигнальная точка под воздействием шума попадает на сигнальной плоскости в зону принятия решения, соответствующую другой сигнальной точке. Так, при приеме символа S^’₄ (см. фиг.3) демодулятор выносит решение в пользу ближайшей разрешенной сигнальной точки S₄, и ошибки не происходит. Если же под воздействием шума передаваемая точка занимает место S^’’₄ (т.е. попадает в зону решения другой сигнальной точки), то решение выносится в пользу точки S₃ (см. фиг.3), и на выходе демодулятора возникает ошибка в символе.

Факт такой ошибки при приеме полностью случайного информационного сигнала (не имеющего корреляционной связи между символами) никаким образом не может быть обнаружен. Однако, если положить, что вероятностью пересечения векторного шума более чем одной границы на решающей сети (фиг.3) можно пренебречь (что всегда выполняется на практике), то в этом случае, наблюдая за попаданием точек в дополнительные зоны, можно измерять вероятность ошибок.

Действительно, пребывание точки S^’’’₄ в заштрихованной зоне не приводит к возникновению ошибки (поскольку решение выносится в пользу истинной точки S^’₄), однако при этом можно составить представление о действующем на входе векторе шума , который при передаче любой из точек S₁-S₃, S₅-S₇, S₉-S₁₁, S₁₃-S₁₅ привел бы к возникновению ошибки.

Перейдем к строгому доказательству возможности измерения вероятности ошибки в заявляемом устройстве.

Вероятность Р_GU пребывания точки в левой полуплоскости, ограниченной прямой (GU), определяется по формуле

где Р_S1=P_S5=P_S9=P_S13 априорные вероятности передачи сигнальных точек S₁, S₅, S₉, S₁₃;

Р_ш - вероятность того, что шум уведет передаваемую точку влево за границу GU.

Поскольку все сигнальные точки ансамбля КАМ-16 передаются с одинаковой вероятностью, равной 1/16, то формулу 3 можно преобразовать к виду

Поскольку шум “уводит” сигнальные точки от их истинного положения в соседние зоны принятия решения с одинаковой вероятностью (канал симметричен), то

где Р_ош - вероятность ошибки на выходе демодулятора.

Подставляя выражение (5) в выражение (4), имеем

Аналогично этому, вероятность пребывания точки в правой полуплоскости, ограниченной прямой KQ, есть

Поскольку события, заключающиеся в нахождении сигнальной точки слева от прямой GU или справа от прямой KQ, несовместимы, то вероятность того, что произойдет любое из этих событий, есть сумма вероятностей, определяемых формулами (4) и (7)

Факт появления сигнальной точки слева от прямой G U определяется по срабатыванию компаратора 12 с порогом срабатывания -2. Факт появления сигнальной точки справа от прямой KQ определяется по срабатыванию компаратора 11с порогом срабатывания +2. Прямые GU и KQ пересекают ось абсцисс на фиг.2 именно в точках -2 и +2. Значит, объединяя через элемент ИЛИ 19 выходы компараторов 11 и 12, можно измерять вероятность ошибки в символе по данному квадратурному каналу (по оси U₃ на фиг.2).

Поток импульсов с выхода элемента ИЛИ 19 поступает на счетчик 24. Умножая на коэффициент, равный 8, показания счетчика 24 (в соответствии с формулой (8)), можно определить вероятность ошибки в символах А и С на выходе демодулятора.

Аналогично этому, вероятность ошибки в символах В и D можно определить по показаниям счетчика 26 (также через коэффициент, равный 8).

Итоговую вероятность (по всем символам А, В, С, D) ошибки можно определить по показаниям счетчика 25, умножая их на 4.

При этом вероятность ошибки определяется так:

где Р_ош - вероятность ошибки на выходе демодулятора;

N₂₅ - показания счетчика 25;

m - длительность интервала счета в тактах.

Рассмотрим, каким образом происходит подсчет количества сигнальных точек с максимальной (минимальной) амплитудой, принятых за период счета.

Дешифратор 27 является дешифратором двоичных кодов, поступающих на его вход, при этом первый вход дешифратора 27 соответствует старшему разряду, а четвертый вход - младшему. Кроме того, логическая 1 формируется на одном из выходов дешифратора при поступлении на его вход кодов в соответствии с табл.2.

В этой же таблице показаны номера сигнальных точек, соответствующих кодам на входах дешифратора 27.

В соответствии с этим и логикой работы элементов ИЛИ 30 и 31, показания N₃₀ четвертого счетчика 30 будут означать количество сигнальных точек максимального уровня (S₁₃;S₁;S₁₆;S₄), демодулированных за интервал счета, а показания N₃₁ пятого счетчика 31 - количество сигнальных точек минимального уровня (S₁₀;S₆;S₁₁;S₇), демодулированных за тот же интервал. Интервал счета m тактов, определяемый шестым счетчиком 32, выбирается по различным соображениям от m=1 до m=(10÷ 100)· 16.

Показания четвертого 30 и пятого 31 счетчиков сравниваются первым блоком сравнения 33, на первом выходе которого формируется логическая 1 (на втором выходе формируется 0), если N₃₀&γτ; N₃₁. Если N₃₀<N, то логическая единица формируется на втором выходе (на первом выходе формируется 0). Если N₃₀=N₃₁, то на обоих выходах блока 33 формируются логические 0. Первый блок сравнения 33 может быть реализован как устройство для сравнения чисел, описанное в работах [5, 6].

Первый вход первого реверсивного счетчика 34 является входом уменьшения его состояния; третий вход - входом увеличения его состояния, а второй вход - входом разрешения изменения состояния (записи).

В конце каждого интервала наблюдения (по истечении m тактов) на выходе шестого счетчика 32 формируется сигнал разрешения изменения состояния первого реверсивного счетчика 34 и обнуления состояний счетчиков 30 и 31 перед новым интервалом счета.

Следовательно, при превышении за интервал счета количества сигнальных точек с максимальной (минимальной) амплитудой над количеством сигнальных точек с минимальной (максимальной) амплитудой, состояние первого реверсивного счетчика 34 в конце каждого интервала счета уменьшается (увеличивается) на единицу.

Так происходит до тех пор, пока не будет выполнятся равенство N₃₀=N₃₁ и состояние первого реверсивного счетчика 34 будет сохраняться неизменным. В рандомизированном (скремблированном) сигнале КАМ-16, уровень которого соответствует оптимальным порогам принятия решения, указанным в табл.1, в среднем даже для интервала счета m=16 уже выполняется равенство N₃₀=N₃₁.

В случае же отклонения уровня входного сигнала от оптимального значения, в первом реверсивном счетчике 34 по указанному выше алгоритму формируется код, пропорциональный величине этого рассогласования, который через первый ЦАП 35 и второй управляющий вход третьего управляемого усилителя 45 замыкает петлю автоматической подстройки по уровню входного сигнала.

Состояние первого реверсивного счетчика 34 изменяется от минимального значения N_34min через N_34opt, до максимального значения N_34mах.

При этом состояние N₃₄ первого реверсивного счетчика 34 соответствует выходному напряжению U₃₅ первого цифроаналогового преобразователя 35 и напряжению на выходе третьего усилителя 45 следующим образом (см. табл.3).

Предельные случаи, которые могут возникнуть в процессе работы блоков 27-35, иллюстрируют фиг.4 и 5.

При этом фиг.4 соответствует предельно малому уровню входного сигнала, при котором в конце каждого интервала счета оказывается N₃₀< (т. к. все сигнальные точки S₁-S₁₆ попадают в заштрихованные косой штриховкой зоны принятия решений).

Фиг.5 соответствует предельно большому уровню входного сигнала, при котором в конце каждого интервала счета оказывается N₃₀>>N₃₁ (т.к. все сигнальные точки S₁-S₁₆ попадают в заштрихованные вертикальной штриховкой зоны принятия решений).

В интервале между данными значениями входного сигнала устройство обеспечивает автоматическое точное поддержание уровня входного сигнала соответствующим оптимальным зонам принятия решений.

Вместе с тем, даже при оптимальном уровне входного сигнала, амплитудная канальная неидентичность демодулятора будет приводить к потерям в его помехоустойчивости.

Рассмотрим, каким образом в заявляемом устройстве происходит поддержание одинаковых коэффициентов передачи в синфазном и квадратурном каналах.

В соответствии с логикой работы дешифратора 27 и элементов ИЛИ 38 и 39, показания N₄₀ седьмого счетчика 40 будут означать количество сигнальных точек с ПКПС (S₉;S₅;S₁₂;S₈), демодулированных за интервал счета, а показания N₄₁ восьмого счетчика 41 - количество сигнальных точек с ПКПК (S₁₅;S₁₄;S₃;S₂), демодулированных за тот же интервал. Интервал счета m тактов, определяемый шестым счетчиком 32, выбирается по различным соображениям от m=1 до m=(10÷ 100)· 16.

Показания седьмого 40 и восьмого 41 счетчиков сравниваются вторым блоком сравнения 42, на первом выходе которого формируется логическая 1 (на втором выходе формируется 0), если N₄₀>N₄₁. Если N₄₀<N, то логическая единица формируется на втором выходе (на первом выходе формируется 0). Если N₄₀=N₄₁, то на обоих выходах блока 42 формируются логические 0. Второй блок сравнения 42 так же, как и блок 33, может быть реализован как устройство для сравнения чисел, описанное в работах [5,6].

Первый вход первого реверсивного счетчика 43 является входом уменьшения его состояния; третий вход - входом увеличения его состояния, а второй вход - входом разрешения изменения состояния (запись).

В конце каждого интервала наблюдения (по истечении m тактов) на выходе шестого счетчика 32 формируется сигнал разрешения изменения состояния второго реверсивного счетчика 43 и обнуления состояний счетчиков 40 и 41 перед новым интервалом счета.

Следовательно, при превышении за интервал счета количества сигнальных точек с ПКПС (с ПКПК) над количеством сигнальных точек с ПКПК (с ПКПС), состояние первого реверсивного счетчика в конце каждого интервала счета уменьшается (увеличивается) на единицу.

Так происходит до тех пор, пока не будет выполняться равенство N₄₀=N₄₁ и состояние второго реверсивного счетчика 43 будет сохраняться неизменным. В рандомизированном (скремблированном) сигнале КАМ-16, уровень которого соответствует оптимальным порогам принятия решения, указанным в табл.1, в среднем даже для интервала счета m=16 уже выполняется равенство N₄₀=N₄₁.

В случае же отклонения коэффициентов передачи в каждом из каналов демодулятора от оптимального значения, в первом реверсивном счетчике 43 по указанному выше алгоритму формируется код, пропорциональный величине этого рассогласования, который через второй ЦАП 44 и вторые управляющие входы управляемых усилителей 36 и 37 замыкает петлю автоматической подстройки коэффициентов передачи в синфазном и квадратурном каналах демодулятора.

Состояние второго реверсивного счетчика 43 изменяется от минимального значения N_43min через N_43opt до максимального значения N_43mах.

При этом состояние N₄₃ реверсивного счетчика 43 соответствует выходному напряжению U₄₄ второго цифроаналогового преобразователя 44 и напряжению на выходах усилителей 36 и 37 следующим образом (см. табл.4).

Предельные случаи, которые могут возникнуть в процессе работы блоков 38-44, иллюстрируют фиг.6 и 7.

При этом фиг.6 соответствует предельно малому коэффициенту передачи по синфазному каналу, при котором в конце каждого интервала счета оказывается N₄₀< (т. к. все сигнальные точки S₁-S₁₆ попадают в заштрихованные косой штриховкой зоны принятия решений).

Фиг.7 соответствует предельно большому коэффициенту передачи по синфазному каналу, при котором в конце каждого интервала счета оказывается N₄₀>>N₄₁ (т. к. все сигнальные точки S₁-S₁₆ попадают в заштрихованные вертикальной штриховкой зоны принятия решений).

В интервале между данными значениями входного сигнала устройство обеспечивает автоматическое точное поддержание равенства коэффициентов передачи по синфазному и квадратурному каналам, что соответствует оптимальным зонам принятия решений.

Без реализации соответствующих операций над сигналами (выполняемых блоками 38-44 и усилителями 36, 37) коэффициенты передачи в синфазном и квадратурном каналах демодулятора могут существенно отличаться друг от друга, что будет приводить к потере помехоустойчивости всего демодулятора.

Даже при использовании современной прецизионной элементной базы, заводской разброс значений коэффициентов передачи всех блоков, образующих синфазный и квадратурный каналы демодулятора (т.е. соответствующих ФД, ФНЧ, компараторов), может приводить к существенной амплитудной неидентичности каналов демодулятора (даже для современного компаратора типа AD9432 коэффициент передачи нормируется с погрешностью от -5 до +7% [7]) и, как следствие, к потерям в помехоустойчивости порядка 0,2-0,5 дБ.

Подсчет и сравнение количества сигнальных точек с ПКПС и с ПКПК с последующим воздействием на управляемые усилители позволяет обеспечить автоматическое поддержание амплитудной идентичности каналов демодулятора, что повышает его помехоустойчивость в сравнении с прототипом.

Источники информации

1. Патент РФ №2020767, МКИ 5 H 04 L 27/22, опубл. БИ №18, 30.09.94 г.

2. Тихонов В.И. Статистическая радиотехника. - М.: Радио и связь, 1982, 624 с.

3. А.с. №2019051, МКИ 5 H 04 L 27/22, опубл. БИ №16, 30.08.94 г.

4. Патент РФ №2198470, МПК 7 H 04 L 27/22, опубл. БИ №4, 10.02.2003 г. - прототип.

5. А.с. №1501037, МКИ 4 G 06 F 7/02, опубл. БИ №30, 15.08.89 г.

6. А.с. №1383333, МКИ 4 G 06 F 7/02, опубл. БИ №11, 23.03.88 г.

7. Описание микросхемы AD9432. Фирма Analog Devices, 2002 г., 2 с.

Формула изобретения

Демодулятор сигналов шестнадцатипозиционной квадратурной амплитудной манипуляции, содержащий блок восстановления несущей, выход которого подключен ко второму входу первого фазового детектора и через фазовращатель на 90° - ко второму входу второго фазового детектора, первый вход которого соединен с первым входом первого фазового детектора, выходы первого и второго фазовых детекторов соединены соответственно с входами первого и второго фильтров нижних частот, при этом входы первого, второго, третьего, седьмого и восьмого компараторов соединены, а выходы седьмого и восьмого компараторов соединены с входами первого элемента ИЛИ, выход которого подключен к входу первого счетчика и первому входу второго элемента ИЛИ, выход и второй вход которого соединены соответственно с входом второго счетчика и входом третьего счетчика, который подключен к выходу третьего элемента ИЛИ, входы которого соединены с выходами девятого и десятого компараторов, входы которых соединены с входами четвертого, пятого и шестого компараторов, при этом выходы второго и пятого компараторов являются соответственно первым и вторым выходами демодулятора, выходы первого и третьего компараторов соединены соответственно с первым входом четвертого элемента ИЛИ и прямым входом первого элемента И, инверсный вход и выход которого соединены соответственно с выходом второго компаратора и вторым входом четвертого элемента ИЛИ, выход которого является третьим выходом демодулятора, четвертым выходом которого является выход пятого элемента ИЛИ, входы которого соединены соответственно с выходами шестого компаратора и второго элемента И, к прямому и инверсному входам которого подключены соответственно выходы четвертого и пятого компараторов, первый, второй, третий и четвертый входы дешифратора подключены соответственно к первому, второму, третьему и четвертому выходам демодулятора, первый, второй, третий и четвертый выходы дешифратора соединены с соответствующими входами шестого элемента ИЛИ, выход которого соединен с первым входом четвертого счетчика, выход которого соединен с первым входом первого блока сравнения, второй вход которого соединен с выходом пятого счетчика, вход которого соединен с выходом седьмого элемента ИЛИ, входы которого соединены соответственно с пятым, шестым, седьмым и восьмым выходами дешифратора, выход шестого счетчика соединен со вторыми входами четвертого, пятого и первого реверсивного счетчиков, первый и третий входы первого реверсивного счетчика соединены соответственно с первым и вторым выходами первого блока сравнения, выход первого реверсивного счетчика соединен с входом первого цифроаналогового преобразователя, вход и выход первого управляемого усилителя соединен соответственно с выходом первого фильтра нижних частот и входом первого компаратора, вход и выход второго управляемого усилителя соединен соответственно с выходом второго фильтра нижних частот и входом четвертого компаратора, отличающийся тем, что в него введены восьмой и девятый элемент ИЛИ, седьмой и восьмой счетчики, второй блок сравнения, второй реверсивный счетчик, второй цифроаналоговый преобразователь и третий управляемый усилитель, причем девятый, десятый, одиннадцатый и двенадцатый выходы дешифратора соединены с соответствующими входами восьмого элемента ИЛИ, выход которого соединен с первым входом седьмого счетчика, выход которого соединен с первым входом второго блока сравнения, второй вход которого соединен с выходом восьмого счетчика, вход которого соединен с выходом девятого элемента ИЛИ, входы которого соединены соответственно с тринадцатым, четырнадцатым, пятнадцатым и шестнадцатым выходами дешифратора, выход шестого счетчика соединен со вторыми входами седьмого, восьмого и второго реверсивного счетчиков, первый и третий входы второго реверсивного счетчика соединены соответственно с первым и вторым выходами второго блока сравнения, выход второго реверсивного счетчика соединен с входом второго цифроаналогового преобразователя, выход которого соединен со вторыми входами первого и второго управляемых усилителей, выход первого цифроаналогового преобразователя соединен со вторым входом третьего управляемого усилителя, выход которого соединен с первым входом первого фазового детектора, а первый вход является входом демодулятора.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7