Приемник сигналов с абсолютной фазовой манипуляцией на угол 140° 2 160°

Изобретение относится к приемникам сигналов с абсолютной фазовой манипуляцией (ФМ). Технический результат заключается в повышении помехоустойчивости приема сигналов с абсолютной ФМ. Для этого один вход фазового детектора подключают к линейной части приемника, а другой вход через узкополосный (≈300 Гц) фильтр, фазовращатель на 90°, усилитель-ограничитель, причем узкополосный фильтр также подключен к линейной части приемника. В предлагаемом приемнике фазовый детектор не имеет обратной работы, т.к. его опорное колебание формируется по составляющей несущей частоты входного ФМ сигнала, которая при указанном угле манипуляции присутствует в сигнале. 1 ил., 1 табл.

 

Изобретение относится к области радиоприемных устройств, а точнее к детекторам сигналов с абсолютной фазовой манипуляцией.

Известны источники, в которых описаны приемники (детекторы) фазоманипулированных колебаний, не имеющие «обратной работы» [1, 2, 3].

По технической сущности наиболее близким к изобретению является устройство, описанное в источнике [1], которое по этой причине и принимается за его прототип.

Прототип состоит из линейной части приемника радиосигналов, частотного детектора и триггера.

Входной сигнал с абсолютной фазовой манипуляцией (ФМн) на угол 140°≤2ϕ≤160° (радиосигнал) фильтруется, усиливается и преобразуется по частоте в линейной части приемника и поступает на вход частотного детектора. Как известно, любой частотный детектор представляет собой дифференцирующее по времени устройство. Поэтому при скачке фазы входного сигнала на угол +ϕ на выходе частотного детектора появляется короткий положительный импульс, а при скачке фазы входного сигнала на -ϕ, на выходе этого детектора появится короткий отрицательный импульс. Эти короткие импульсы поступают на входы RS-триггера, отчего на его выходе появляются видеоимпульсы прямоугольной формы, которые были переданы.

Частотный детектор некогерентный. В нем нет опорного канала, где происходят случайные скачки фазы опорного колебания на 180°, и поэтому его «обратная работа» исключена в принципе.

Основным недостатком прототипа является низкая помехоустойчивость приема им сигнала с абсолютной ФМн на указанный угол, поскольку он некогерентный и управляющие работой триггера импульсы являются короткими.

Техническим результатом заявленного объекта является увеличение помехоустойчивости приема сигналов с абсолютной ФМн на уточненный угол 140°≤2ϕ≤160° путем перехода на когерентный прием, свободный от «обратной работы».

Сущность изобретения состоит в том, что в прототип, состоящий из линейной части приемника, введены узкополосный фильтр-выделитель колебания несущей частоты из входного ФМн сигнала, фазовращатель на 90°, усилитель-ограничитель и фазовый детектор, причем сигнальный вход фазового детектора подключен к выходу линейной части приемника непосредственно и ко второму его входу (опорному) через узкополосный фильтр, фазовращатель на 90°, усилитель-ограничитель.

Существенным отличием изобретения является совокупность введенных элементов и их связей, так как только они позволяют увеличить помехоустойчивость приема практически до максимально возможного значения и упростить когерентный детектор.

В [2] предложено делить фазовый сдвиг на 180° входного ФМн колебания в 2 раза, чтобы появилось колебание несущей частоты в качестве опорного колебания. Однако практически это трудно реализовать. В [3] перешли с абсолютной ФМн на 180° на относительную ФМн для исключения «обратной работы», отчего вероятность ошибки приема возросла в 2 раза, и усложнился детектор.

На чертеже представлена структурная схема предлагаемого приемника, который состоит из линейной его части 1, фазового детектора 2, узкополосного фильтра 3, фазовращателя 4 на 90°, усилителя-ограничителя амплитуды 5. Блоки 3-5 образуют опорный канал. Блок 5 может быть синхронизируемым автогенератором.

Работа приемника происходит следующим образом.

На вход блока 1 поступает фазоманипулированный (ФМн) сигнал, который в нем фильтруется от помех, усиливается по амплитуде и преобразуется по частоте. Аналитически ФМн сигнал имеет вид u_ФМ(t)=Usin[ωt+γ(t)ϕ], где γ(t)=±1, а ϕ выбирается из указанного диапазона 60°≤ϕ≤80°.

Учитывая значение γ(t) по правилам тригонометрии, имеем:

u_ФМ(t)=Ucos[γ(t)ϕ]·sinωt+Usin[γ(t)ϕ]·cosωt=U[cosϕ·sinωt+γ(t)·sinϕcosωt].

Видно, что составляющая несущей частоты (первое слагаемое) пропорциональна cosϕ, значение которого 0,5≥cosϕ≤0,1736. Нижний относительный уровень 0,1736 такой же, как и максимальный уровень третьей гармоники при оптимальном угле отсечки, при котором работает утроитель частоты. Учетверитель частоты на практике обычно не используется. Этим обусловлен максимальный угол манипуляции 2ϕ=160°.

Нижний угол манипуляции 2ϕ определяется по допустимому превышению вероятности ошибки по сравнению с минимальной при 2ϕ=180°. Допустимое превышение P_2ϕ/P_180°=2, как при ОФМн. Если оно >2, то целесообразно тогда использовать ОФМн.

Вероятность ошибки приема элементарного двоичного символа при ФМн

Р_фм=V(√(2E/N_o)·sinϕ),

где - дополнение к интегралу вероятности до единицы (табулированное);

Е - энергия посылки;

N_o - спектральная плотность мощности гауссовских помех.

Примем 2E/N_o=10 или √(2E/N_o)=3,15.

При 2ϕ=180° вероятность P_180°=9,3·10^-4, а при 2ϕ=160°. Значение P_160°=9,676·10^-4. Превышение P_160°/P_180°=1,05

Остальные расчеты сведем в табл.1.

Из таблицы следует, что угол манипуляции находится в интервале 140°≤2ϕ<160°, когда уровень несущей достаточный для исключения «обратной работы», а потери в помехоустойчивости меньше, чем при ОФМн. При 2ϕ=160° эти потери практически полностью отсутствуют (P_160°/P_180°=1,05≈1).

С выхода блока 1 ФМн сигнал поступает на сигнальный вход фазового детектора 2 непосредственно и на его опорный вход через фильтр 3, фазовращатель 4 на 90°, усилитель-ограничитель амплитуды 5. Фильтр 3 пропускает на свой выход только колебание несущей частоты, которое в блоках 4, 5 формируется в опорное колебание u_o(t)=U_ocosωt, где U_o=Ucosωt.

Фазовый детектор 2 состоит из перемножителя сигналов и ФНЧ.

На выходе перемножителя колебание

u_п(t)=u_ФМ(t)u_o(t)=Usin[ωt+γ(t)ϕ]·U_Ocosωt=0,5UU_O{sin[γ(t)ϕ]+sin[2ωt+γ(t)ϕ]}.

Второе слагаемое на удвоенной промежуточной частоты 2ω ФНЧ отфильтровывается и на его выходе имеет место только первое слагаемое u_Ф(t)=0,5U_oUsin[γ(t)ϕ] - знакопеременные импульсы прямоугольной формы, т.е. переданный сигнал.

Технико-экономическим эффектом изобретения является исключения обратной работы при уменьшении вероятности ошибки приема сигнала практически в 2 раза и упрощении детектора.

Источники информации

1. А.с. СССР №10038. Прием фазовой телеграфии без синхронного гетеродина/ Ярославский Л.С. и др., 1952.

2. Патент РФ №2113062. Формирователь опорного колебания для детектирования фазоманипулированных сигналов /Волков А.А. Приоритет от 28.09.1994.

3. Окунев Ю.Б. Цифровая передача информации фазомодулированными сигналами. - М.: Радио и связь, 1991.

Приемник сигналов с абсолютной фазовой манипуляцией на угол 140°≤2ϕ≤160°, состоящий из его линейной части, отличающийся тем, что в него введены фазовый детектор, фильтр колебания промежуточной частоты, фазовращатель на 90°, усилитель-ограничитель амплитуды, причем сигнальный вход фазового детектора подключен к выходу линейной части приемника непосредственно и ко второму его (опорному) входу через последовательно соединенные фильтр колебания промежуточной частоты, фазовращатель на 90°, усилитель-ограничитель амплитуды.