Демодулятор сигналов шестнадцатипозиционной квадратурной амплитудной манипуляции

 

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано при демодуляции сигналов шестнадцатипозиционной квадратурной амплитудной манипуляции (КАМ-16). Достигаемым техническим результатом является повышение помехоустойчивости демодуляции сигналов КАМ-16 за счет обнаружения и устранения ложных захватов по фазе. Для этого выполняются следующие операции над сигналом: восстанавливают когерентную несущую частоту сигнала КАМ-16; для каждой демодулированной сигнальной точки сигнала КАМ-16 определяют величины проекций этой точки на квадратурные оси, образованные восстановленной когерентной несущей частотой; в случае, если значение проекции сигнальной точки выходит за предельные величины (т.е. U<-2 или U>2), то раздельно по каждой из квадратурных осей подсчитывают количества таких сигнальных точек за интервал счета m тактов. 4 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 первый и второй фазовые детекторы, фильтр, генератор, первый и второй ограничители (см. патент РФ №2013018, МПК 5 H 04 L 27/22, опубл. БИ №9, 15.05.94 г.) [1].

Недостатком известного демодулятора является его низкая помехоустойчивость, связанная с наличием точки ложного захвата по фазе на его дискриминационной характеристике в окрестности точки ϕ≈23° (см.[1, фиг.2]). Работа демодулятора в состоянии ложного захвата по фазе, который в известном устройстве не может быть обнаружен и устранен, приводит к полной потере информации на выходе демодулятора.

Известно также устройство восстановления несущей частоты сигналов шестнадцатипозиционной квадратурной амплитудной манипуляции, содержащее первый и второй фазовые детекторы, первый и второй фильтры нижних частот, фазовращатель и четыре сумматора (см. патент РФ №2019054, МПК 5 H 04 L 27/34, опубл. в БИ №16, 30.08.94 г.) [2].

Недостаток известного устройства также состоит в его низкой помехоустойчивости, связанонной с возможностью полной потери информации из-за наличия ложного захвата по фазе при ϕ≈23° (см.[2, фиг.3]). Вообще, наличие ложных захватов по фазе является принципиальной особенностью демодуляторов сигналов с амплитудно-фазовой манипуляцией, что объясняется мультимодальностью, т.е. наличием нескольких максимумов, функции правдоподобия при оценке фазы восстановления несущей таких сигналов (см., например, Пархоменко Н.Г., Боташев Б.М., Шеляпин Е.С. Исследование схем восстановления несущей частоты сигналов квадратурной амплитудной манипуляции // Вопросы радииоэлектроники. Сер. ОВР. - М.: НИИЭИР. - 1991. -вып.17, с.65-76) [3].

Для устранения самой возможности ложных захватов в демодуляторах сигналов КАМ-16, в ряде случаев эмпирическим путем синтезируют такие схемы восстановления несущей частоты, которые не имеют точек ложных захватов по фазе на дискриминационной характеристике.

Общим недостатком такого подхода является то, что поскольку такие устройства не соответствуют оптимальным, то есть, тем, структура которых вытекает из соответствующей теории оценок, то такие устройства имеют высокую дисперсию восстановленной несущей в окрестности рабочей точки ϕ=0°. Это приводит к низкой помехоустойчивости таких устройств.

Известен демодулятор сигналов шестнадцатипозиционной квадратурной амплитудной манипуляции, содержащий два фазовых детектора, фазовращатель, шесть сумматоров и генератор, управляемый напряжением (ГУН) (см. патент РФ №2020767, МПК 5 H 04 L 27/22, опубл. в БИ №18, 30.09.94 г.) [4].

Недостатком известного устройства является его низкая помехоустойчивость, связанная с высокой дисперсией управляющего напряжения на выходе ГУН при ϕ=0°, несмотря на то, что известное устройство имеет дискриминационную характеристику по фазе, вообще не имеющую точек ложных захватов.

Оптимальным сочетанием высокой помехоустойчивости при ϕ=0° и минимумом потерь информации в случае возникновения ложных захватов является использование в оптимальных устройствах, обладающих, тем не менее, нежелательными точками ложных захватов, специальных узлов и блоков, обнаруживающих и устраняющих эти ложные захваты.

Таким устройством является приемник сигналов квадратурной амплитудной манипуляции, содержащий первый и второй фильтры нижних частот, генератор, элемент ИЛИ, фазовращатель (см. патент РФ №2019053, МПК 5 H 04 L 27/34, опубл. в БИ №16, 30.08.94 г.) [5], в котором предусмотрены специальные узлы и блоки для обнаружения и устранения ложных захватов.

Недостатком известного устройства является низкая надежность обнаружения ложного захвата и, как следствие этого, низкая помехоустойчивость. Это связано с тем, что принцип обнаружения ложных захватов в известном устройстве основан на допущении о том, что при определенных значениях угла фазового рассогласования ϕ, в некоторую выделенную область принятия решения о переданном символе не попадает ни одна сигнальная точка.

Данное допущение верно лишь при нереально больших отношениях сигнал/шум на входе устройства.

При реальных же отношениях сигнал/шум на входе устройства, порядка 20-25 дБ, такое допущение является не всегда корректным. В связи с этим в известном устройстве при реальных рабочих отношениях сигнал/шум на входе величины напряжений, соответствующие наличию или отсутствию ложного захвата в известном устройстве, различаются незначительно. Таким образом, при воздействии шума в известном устройстве высока вероятность необнаружения ложного захвата или его ошибочной идентификации и устранения, когда на самом деле захват был истинным.

Из известных технических решений наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству 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 и является входом демодулятора, выходы первого и второго фазовых детекторов соединены, соответственно, с входами первого и второго фильтров нижних частот, выходы первого и второго фильтров нижних частот соединены, соответственно, со входами первого и четвертого компараторов, 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, вход третьего счетчика 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. патент РФ №2019051, МПК 5 H 04 L 27/22, опубл. в БИ №16, 30.08.94 г.) [6]. - прототип.

Недостатком известного устройства - прототипа является его низкая помехоустойчивость, связанная с отсутствием способности обнаруживать и устранять ложные захваты по фазе.

Технический результат - повышение помехоустойчивости демодуляции сигналов КАМ-16 за счет обнаружения и устранения ложных захватов по фазе достигается выполнением следующих операций над сигналом:

- восстанавливают когерентную несущую частоту сигнала КАМ -16;

- для каждой демодулированной сигнальной точки сигнала КАМ -16 определяют величины проекций этой точки на квадратурные оси, образованные восстановленной когерентной несущей частотой;

- в зависимости от величин проекций каждой сигнальной точки на квадратурные оси принимают решение о принятой тетраде информационных символов {ABCD} и передают ее на выход демодулятора;

- для каждой сигнальной точки определяют, выходит ли за предельные величины значения проекций каждой сигнальной точки по каждой сигнальной оси;

- устанавливают циклически повторяющийся интервал счета m тактов;

- в случае, если значение проекции сигнальной точки выходит за предельные величины (т.е. U<-2 или U>2), то раздельно по каждой из квадратурных осей подсчитывают количества таких сигнальных точек за интервал счета m тактов;

- подсчитывают суммарное по двум квадратурным осям количества таких сигнальных точек за интервал счета m тактов;

- по раздельно и суммарно по двум осям подсчитанным количествам сигнальных точек, проекции которых на квадратурные оси выходят за предельные величины (U<-2 или U>2), оценивают вероятность ошибки на выходе демодулятора;

- сравнивают раздельно подсчитанные по каждой из квадратурных осей количества сигнальных точек N_синф. и N_квадр. с предельной величиной N_пр.;

- в случае превышения любой из подсчитанных величин N_синф. и N_квадр. предельной величины N_пр., делают вывод о произошедшем ложном захвате и осуществляют запуск генератора свип-сигнала;

- запущенный генератор свип-сигнала воздействует на блок восстановления несущей и выводит его из состояния ложного синхронизма.

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 и является входом демодулятора. Выходы первого и второго фазовых детекторов соединены, соответственно, с входами первого и второго фильтров нижних частот, выходы первого и второго фильтров нижних частот соединены, соответственно, со входами первого и четвертого компараторов, 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. Вход третьего счетчика 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.

Согласно изобретению в него введены четвертый счетчик, первый и второй блоки сравнения, регистр, шестой элемент ИЛИ и генератор свип-сигнала, причем выходы первого и третьего счетчиков соединены, соответственно, с первыми входами первого и второго блоков сравнения, вторые входы которых соединены с выходом регистра, выходы первого и второго блоков сравнения соединены со входами шестого элемента ИЛИ, выход которого соединен со входом генератора свип-сигнала, выход которого соединен со входом блока восстановления несущей, выход четвертого счетчика соединен со входами сброса первого, второго и третьего счетчиков.

Это позволяет выполнить новые операции над сигналом: подсчитывать за интервал счета m тактов количество сигнальных точек, проекции которых на квадратурные оси выходят за предельные величины U и -U.

Поскольку количество таких точек, подсчитанное за интервал счета m тактов, определяет является ли захват по фазе ложным, это позволяет обнаруживать и устранять ложные захваты по фазе, что повышает помехоустойчивость заявляемого устройства.

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, где символами U₃ и U₄ обозначены квадратурные сигнальные оси, образованные восстановленной когерентной несущей частотой.

Фиг.3 иллюстрирует принцип измерения вероятности ошибки на выходе демодулятора, где символами S₁-S₁₆ обозначены сигнальные точки ансамбля КАМ-16.

Фиг.4 иллюстрирует принцип обнаружения и устранения ложных захватов, где белые точки соответствуют истинному захвату, а черные - ложному.

В таблице приведены пороги срабатывания компараторов. 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, первый блок 27 сравнения, второй блок 28 сравнения, регистр 29, шестой элемент ИЛИ 30, генератор 31 свип-сигнала, четвертый счетчик 32.

Выход блока 18 восстановления несущей подключен ко второму входу первого фазового детектора 1 и через фазовращатель 17 на 90°- ко второму входу второго фазового детектора 2, первый вход которого соединен с первым входом первого фазового детектора 1 и является входом демодулятора, выходы первого и второго фазовых детекторов 1 и 2 соединены, соответственно, с входами первого и второго фильтров нижних частот 3 и 4.

Выходы первого и второго фильтров нижних частот 3 и 4 соединены, соответственно, со входами первого и четвертого компараторов 5 и 8, входы первого, второго, третьего, седьмого и восьмого компараторов 5, 6, 7, 11 и 12 соединены, а выходы седьмого и восьмого компараторов 11 и 12 соединены с входами первого элемента ИЛИ 19, выход которого подключен к входу первого счетчика 24 и первому входу второго элемента ИЛИ 20, выход и второй вход которого соединены, соответственно, с входом второго счетчика 25 и входом третьего счетчика 26, вход третьего счетчика 26 подключен к выходу третьего элемента ИЛИ 21, входы которого соединены с выходами девятого и десятого компараторов 13 и 14, входы которых соединены с входами четвертого, пятого и шестого компараторов 8, 9 и 10.

Выходы второго и пятого компараторов 6 и 9 являются, соответственно, первым и вторым выходами демодулятора, выходы первого и третьего компараторов 5 и 7 соединены, соответственно, с первым входом четвертого элемента ИЛИ 22 и прямым входом первого элемента И 15, инверсный вход и выход которого соединены, соответственно, с выходом второго компаратора 6 и вторым входом четвертого элемента ИЛИ 22, выход которого является третьим выходом демодулятора, четвертым выходом которого является выход пятого элемента ИЛИ 23, входы которого соединены, соответственно, с выходами шестого компаратора 10 и второго элемента И 16, к прямому и инверсному входам которого подключены, соответственно, выходы четвертого и пятого компараторов 8 и 9.

Выходы первого и третьего счетчиков 24 и 26 соединены, соответственно, с первыми входами первого и второго блоков 27 и 28 сравнения, вторые входы которых соединены с выходом регистра 29, выходы первого и второго блоков 27 и 28 сравнения соединены со входами шестого элемента ИЛИ 30, выход которого соединен со входом генератора 31 свип-сигнала, выход которого соединен со входом блока 18 восстановления несущей, выход четвертого счетчика 32 соединен со входами сброса первого, второго и третьего счетчиков 24, 25 и 26.

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;

ω₀ - 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.

Из этого следует, 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, B=+1, С=-1, D=+1.

Обозначим напряжение на выходе фильтра 3 как U₃, напряжение на выходе фильтра 4 как U₄ (фиг.2). Данные напряжения U₃ и U₄ представляют собой проекции сигнальных точек, соответственно, на синфазную и квадратурную оси.

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

Пороги срабатывания компараторов приведены в таблице.

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, соответствующей другой сигнальной точке. Так, при приеме символа S₄ (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 S₄", 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.

Измерение вероятности ошибки в заявляемом устройстве происходит следующим образом.

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

Р_GU=Р_S1·Р_Ш+P_S5·Р_Ш+Р_S9·Р_Ш+Р_S13·Р_Ш (3)

где P_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 GU определяется по срабатыванию компаратора 12 с порогом срабатывания -2. Факт появления сигнальной точки справа от прямой KQ определяется по срабатыванию компаратора 11 с 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.

Интервал счета m тактов, определяемый четвертым счетчиком 32, выбирается по различным соображениям равным m=(10³ ÷ 10¹²)·16. В конце каждого интервала счета счетчик 32 сбрасывает (обнуляет) состояния счетчиков 24-26 через их входы сброса.

Рассмотрим, каким образом происходит обнаружение ложного захвата в заявляемом демодуляторе. Обнаружение ложного захвата в заявляемом устройстве основано на том положении, что показания счетчиков 24 и 26 в состоянии истинного и ложного захватов различаются принципиальным образом:

- в состоянии истинного захвата показания, например, третьего счетчика 26 пропорциональны величине N^И₂₆ ≈ m·Рош

- в состоянии ложного захвата показания того же счетчика 26 пропорциональны величине N^Л₂₆ ≈ m(1-P_ОШ).

Из этого следует, что при корректно выбранном интервале счета m и реальном отношении сигнал/шум на входе устройства величины N^И₂₆ и N^Л₂₆ различаются кардинально (на несколько порядков).

Пусть, например, отношение сигнал/шум на входе устройства составляет порядка 16 дБ и, соответственно, Р_ОШ ≈ 10^-5. Пусть m=16·10⁵.

Тогда в состоянии истинного захвата

В состоянии ложного захвата

Покажем, что при любом отношении сигнал/шум в состоянии истинного и ложного захватов показания третьего счетчика 26 (как и первого счетчика 24) отличаются на несколько порядков, что дает возможность по значениям N₂₆ (и N₂₄) достоверно судить о произошедшем ложном захвате.

При ложном захвате в окрестности фазы ϕ=23° все точки ансамбля КАМ-16 в квадратурных осях U₃, и U₄ занимают новые положения (см.фиг.4). При этом, например, точка S^И₄ переходит в точку S^Л₄. Рассмотрим, как уменьшается при этом проекция точки S₄ на ось U_4.

В состоянии истинного захвата проекция точки S^И₄ на ось U₄ составляет U₄=1,5.

В состоянии ложного захвата проекция точки S^Л₄ на ось U₄ может быть найдена из следующих геометрических соображений:

U₄=/oa/

/oa/=/OS^Л₄/·sin(45°+23°)

Отсюда получаем, что U₄=1,95.

Таким образом, в состоянии истинного захвата расстояние от точки s^Л₄ до границы U=2 составляет величину 2-1,5=0,5; в состоянии ложного захвата расстояние от точки S^Л₄ до границы U=2 уменьшается до величины 2-1,95=0,05. Такое уменьшение расстояния до границы срабатывания компараторов эквивалентно ухудшению отношения сигнал/шум (при оценке вероятности ошибки) на величину

Зависимость же вероятности ошибки от отношения сигнал/шум для сигнала КАМ-16 (см., например, Феер К. Беспроводная цифровая связь. -М.: Радио и связь, 2000. - с.237. - рис.5.2.16) [7], такова, что при реальных рабочих отношениях сигнал/шум на входе (порядка 20 дБ) Р_ОШ составляет величину менее 10^-5; ухудшение отношения сигнал/шум на 20 дБ дает величину Р_ОШ более 10^-1. Соответственно этому и показания третьего счетчика N₂₆ в двух случаях также будут различаться на несколько порядков, что и дает возможность надежно идентифицировать тип захвата.

Все приведенные выше положения справедливы как для других крайних диагональных точек (S₁;S₁₃;S₁₆), так и для первого счетчика 24.

Показания первого счетчика 24 и третьего счетчика 26 сравниваются с предельной величиной N_пр., которая хранится в регистре 29.

На выходе первого блока сравнения 27 логическая единица формируется тогда, когда N₂₄>N_пр.. Аналогично работает второй блок 28 сравнения. Раздельное сравнение показаний счетчиков 24 и 26 с предельной величиной N необходимо для наиболее быстрого распознавания ложного захвата.

В случае формирования логической единицы на любом из выходов блоков сравнения 27 или 28, через элемент ИЛИ 30 будет запущен генератор 31 свип-сигнала, который выводит блок восстановления несущей из состояния ложного захвата путем воздействия пилообразного напряжения (так же, как это описано в работе [5]).

Использование в заявляемом устройстве специальных сигналов, значения которых резко контрастны по отношению к типу захвата по фазе, позволяет надежно идентифицировать и устранять ложные захваты, что повышает помехоустойчивость заявляемого демодулятора в сравнении с прототипом.

Источники информации

1. Патент РФ №2013018, МПК 5 H 04 L 27/22, опубл. БИ №9, 15.05.94 г.

2. Патент РФ №2019054, МПК 5 H 04 L 27/34, опубл. в БИ №16, 30.08.94 г.

3. Пархоменко Н.Г., Боташев Б.М., Шеляпин Е.С. Исследование схем восстановления несущей частоты сигналов квадратурной амплитудной манипуляции // Вопросы радиоэлектроники. Сер. ОВР. - М.: НИИЭИР. - 1991. -вып.17, с.65-76.

4. Патент РФ №2020767, МПК 5 H 04 L 27/22, опубл. в БИ №18, 30.09.94 г.

5. Патент РФ №2019053, МПК 5 H 04 L 27/34, опубл. в БИ №16, 30.08.94 г.

6. Патент РФ №2019051, МПК 5 H 04 L 27/22, опубл. в БИ №16, 30.08.94 г. - прототип.

7. Феер К. Беспроводная цифровая связь. - М.: Радио и связь, 2000. - с.237.-рис.5.2.16.

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 и является входом демодулятора, выходы первого и второго фазовых детекторов соединены соответственно с входами первого и второго фильтров нижних частот, выходы первого и второго фильтров нижних частот соединены соответственно со входами первого и четвертого компараторов, 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, вход третьего счетчика 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, отличающийся тем, что в него введены четвертый счетчик, первый и второй блоки сравнения, регистр, шестой элемент ИЛИ и генератор свип-сигнала, причем выходы первого и третьего счетчиков соединены соответственно с первыми входами первого и второго блоков сравнения, вторые входы которых соединены с выходом регистра, выходы первого и второго блоков сравнения соединены со входами шестого элемента ИЛИ, выход которого соединен со входом генератора свип-сигнала, выход которого соединен со входом блока восстановления несущей, выход четвертого счетчика соединен со входами сброса первого, второго и третьего счетчиков.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4