Способ демодуляции сигнала



Способ демодуляции сигнала
Способ демодуляции сигнала
Способ демодуляции сигнала
Способ демодуляции сигнала
Способ демодуляции сигнала
Способ демодуляции сигнала
Способ демодуляции сигнала
Способ демодуляции сигнала

 


Владельцы патента RU 2626332:

Негосударственное (частное) образовательное учреждение высшего профессионального образования "Институт радиоэлектроники, сервиса и диагностики" (RU)

Изобретение относится к средствам передачи дискретной информации по каналам связи, а также использованию в статистических анализаторах случайных сигналов. Технический результат заключается в повышении помехоустойчивости систем передачи дискретной информации по каналам связи. В способе демодуляции сигнала используют аналого-цифровое преобразование, перемножение мгновенных дискретных значений сигнала с Vm - параметром характеристической функции сигнала, преобразование для получения функций синуса и косинуса произведений, накопление и усреднение текущих значений функций синуса и косинуса на интервале времени, равном длительности символа «0» и «1», сравнение с заданными порогами, вычисление оценки В(Vm, t) мнимой и оценки А(Vm, t) действительной части характеристической функции. 2 ил.

 

Изобретение относится к радиотехнике и может использоваться в системах передачи дискретной информации по каналам связи и в статистических анализаторах случайных сигналов.

Информацию передают с помощью сигналов, у которых модулированы параметры (амплитуда, фаза, частота) и характеристики (например, характеристическая функция) по закону телеграфного сообщения.

Характеристическая функция сигнала равна математическому ожиданию от экспоненты с мнимым показателем [Вешкурцев Ю.М. Прикладной анализ характеристической функции случайных процессов. -Москва: Радио и связь, 2003, с. 31, 49].

θ(Vm,t)=m1{exp{jVmu(t)]}=A(Vm,t)+jB(Vm,t),

где Vm - параметр характеристической функции (х.ф.); u(t)=E0s(t)+U0cos(ωt+η) - сигнал, модулированный телеграфным сообщением s(t); η - случайная величина; A(Vm,t) - действительная часть х.ф.; B(Vm,t) - мнимая часть х.ф.; Е0 - математическое ожидание сигнала. Телеграфное сообщение или сигнал s(t) представляет собой последовательность логических нулей (лог. «0») и логических единиц (лог. «1»).

Таким образом, рассматривается способ модуляции сигнала [Заявка №2016114366 от 13.04.2016. Способ модуляции сигнала], в котором помимо амплитуды сигнала изменяются действительная и мнимая части х.ф. по закону телеграфного сигнала. Пример этого показан на фиг.1.

При демодуляции нестационарного сигнала

u(t)=E0s(t)+U0 cos(ωt+η)

требуется измерение значений оценок действительной и мнимой частей х.ф.

Известно устройство для измерения плотности вероятности фазы сигнала [Патент 2313101, МПК G01R 25/00. Анализатор плотности вероятности фазы сигнала. Опубл. 20.12.2007. Бюл. №35]. Устройство реализует способ, использующий аналого-цифровое преобразование, перемножение, преобразование для получения функций синус и косинус, накопление и усреднение текущих значений, оперативное суммирование значений, запоминание и хранение мгновенных значений сигнала, формирование опорного колебания и управляющих импульсов, индикацию результатов.

Способ и устройство, реализующее его, позволяют измерять оценки действительной и мнимой частей х.ф. разности фаз сигнала и опорного колебания для определения оценки плотности вероятности фазы сигнала. В этом способе демодуляция сигнала выполнена с целью получения информации, содержащейся в фазе сигнала, а амплитуда при этом остается постоянной величиной.

Недостатками данного способа являются ограниченные функциональные возможности, т.к. он не позволяет демодулировать сигнал с амплитудной модуляцией и, к тому же, у него низкая помехоустойчивость.

Из известных наиболее близким по процедурам преобразования сигнала являются способ и устройство его реализации [Заявка №2011114694. Устройство контроля. Опубл. 20.10.2012]. Устройство контроля реализует способ, использующий аналого-цифровое преобразование, перемножение мгновенных дискретных значений сигнала с Vm-параметром характеристической функции (х.ф.) сигнала, преобразование для получения функций синус и косинус произведений, накопление и усреднение текущих значений функций синус и косинус, сравнение с порогами.

Способ и устройство, реализующее его, демодулируют сигнал с амплитудной модуляцией и позволяют измерять оценки действительной и мнимой частей х.ф. произведений мгновенных дискретных значений демодулированного сигнала на Vm-параметр х.ф. Затем в соответствии с алгоритмом с помощью значений оценок действительной и мнимой частей х.ф. вычисляется критерий, который сравнивается с порогом, а после этого принимается решение о качестве вещества.

Недостатками данного способа являются ограниченные функциональные возможности, т.к. он не позволяет демодулировать нестационарный сигнал с амплитудной модуляцией и, к тому же, имеет низкую помехоустойчивость.

Задача предлагаемого изобретения - повышение помехоустойчивости систем передачи дискретной информации по каналам связи.

Техническим результатом изобретения является использование характеристической функции сигнала при передаче телеграфных сообщений.

Для достижения поставленной задачи в способе демодуляции сигнала, использующем аналого-цифровое преобразование, перемножение мгновенных дискретных значений сигнала с Vm-параметром характеристической функции (х.ф.) сигнала, преобразование для получения функций синус и косинус произведений, накопление и усреднение текущих значений функций синус и косинус, сравнение с порогами, согласно изобретению текущие значения функций синус и косинус накапливают и усредняют на интервале времени, равном длительности символа лог. «0» и лог. «1», после чего с помощью функции синус вычисляют оценку B(Vm,t) мнимой части х.ф., а с помощью функции косинус - оценку A(Vm,t) действительной части х.ф., текущие значения которых сравнивают с порогами, а решения принимают в соответствии с выполнением следующих неравенств:

если В(Vm,t)≤0, то считают, что принят лог. «0»;

если В(Vm,t)>J0(VmU0)sin Е0, то считают, что принята лог. «1»;

если A(Vm,t) ≥J0(VmU0), то считают, что принят лог. «0»;

если А(Vm,t)>J0(VmU0) cosE0, то считают что принята лог. «1»,

где U0 - амплитуда сигнала; Е0- математическое ожидание сигнала; J0(VmU0) - функция Бесселя нулевого порядка, Vm=1.

На фиг. 1 представлены графики изменения телеграфного сигнала, действительной и мнимой частей х.ф., нестационарный сигнал, а на фиг. 2 изображена структурная схема технической реализации предлагаемого способа.

Структурная схема (фиг. 2) содержит аналого-цифровой преобразователь 1, перемножитель 2, синусный 3 и косинусный 4 преобразователи, накапливающие усредняющие сумматоры 5 и 6, пороговые устройства 7 и 8.

Вход АЦШ является входом демодулятора сигнала. Выход АЦП1 подключен к первому входу перемножителя 2, на второй вход которого поступает код числа, равного Vm-параметру х.ф. Выход перемножителя 2 одновременно подключен к входу синусного 3 и входу косинусного 4 преобразователей, выходы которых в отдельности подсоединены каждый к своему накапливающему усредняющему сумматору 5 и 6 соответственно. Стробирующие входы накапливающих усредняющих сумматоров 5 и 6 объединены и подключены к цепи «Синхронизация». Выходы накапливающих усредняющих сумматоров 5 и 6 в отдельности присоединены каждый к своему пороговому устройству 7 и 8 соответственно. Выход порогового устройства 7 является выходом синусного канала демодулятора, а выход порогового устройства 8 - выходом косинусного канала демодулятора.

Заявленный способ демодуляции реализуется следующим образом. На вход демодулятора поступает нестационарный сигнал. Пусть s(t)=0, т.е. в данный момент времени передается логический «0». После аналого-цифрового преобразования в АЦП1 мгновенные значения сигнала u(kΔt) перемножают с параметром Vm, а затем выполняют преобразования для получения функции sin[u(kΔt)Vm] и функции cos[u(kΔt)Vm] произведений u(kΔt)Vm с помощью преобразователей 3, 4 соответственно. Накапливающие усредняющие сумматоры 5, 6 работают одновременно. В сумматоре 5 накапливаются текущие значения функции синус, а в сумматоре 6 - текущие значения функции косинус. По истечении времени, равном длительности символа логический «0», имеем

в сумматоре 5 и

в сумматоре 6, где N - объем выборки дискретный мгновенных значений сигнала.

При появлении импульса синхронизации на стробирующих входах сумматоров 5, 6 на их выходах появляются значения оценок мнимой и действительной частей х.ф., т.е.

,

Значения оценок х.ф. сравниваются с порогами, установленными в пороговых устройствах 7, 8, исходя из следующих фундаментальных положений.

Известно [Вешкурцев Ю.М. Прикладной анализ характеристической функции случайных процессов. - Москва: Радио и связь, 2003, с. 34, табл. 2.1], что х.ф. нестационарного сигнала при s(t)=0 равна

B(Vm,t)=0,

A(Vm,t)=J0(VmU0),

где U0 - амплитуда сигнала, J0(×) - функция Бесселя нулевого порядка.

Следовательно, при s(t)=0 в пороговом устройстве 7 установлен порог

П1=B(Vm,t)=0,

а в пороговом устройстве 8 - порог

П3=A(Vm,t)=J0(VmU0).

Решение относительно принятого символа телеграфного сигнала принимают в соответствии с выполнением следующих неравенств:

если B[Vm,t)≤П1≤0, то считают, что принят логический «0»;

если А(Vm,t)≥П3≥J0(VmU0), то считают, что принят логический «0».

При невыполнении записанных неравенств при Vm=1 возникает ошибка в решении относительно принятого символа телеграфного сигнала.

Далее рассмотрим случай, когда s(t)=1, т.е. в следующий момент времени передается символ логическая «1». Преобразования нестационарного сигнала повторяют описанные ранее. Новые значения оценок х.ф. сравниваются с другими порогами, установленными в пороговых устройствах 7, 8, исходя из следующих фундаментальных положений.

Известно [Вешкурцев Ю.М. Прикладной анализ характеристической функции случайных процессов. - Москва: Радио и связь, 2003, с. 38], что х.ф. нестационарного сигнала при s(t)=1 равна

B(Vm,t)=J0(VmU0)sinE0,

A(Vm,t)=J0(VmU0)cosE0,

где Е0 - математическое ожидание сигнала.

Следовательно, при s(t)=1 в пороговом устройстве 7 установлен порог

П2=B(Vm,t)=J0(VmU0)smE0,

а в пороговом устройстве 8 - порог

П4=A(Vm,t)=J0(VmU0)cosE0.

Решение относительно принятого символа телеграфного сигнала принимают в соответствии с выполнением следующих неравенств:

если В[Vm,t)>П2>J0[VmU0)sinE0, то считают, что принята логическая «1»;

если А(Vm,t)>П4>J0(VmU0)cosE0, то считают, что принята логическая «1».

При невыполнении записанных неравенств при Vm=1 возникает ошибка в решении относительно принятого символа телеграфного сигнала.

Описанные операции, связанные с преобразованием нестационарного сигнала, выполняются известными в радиотехнике устройствами, а именно аналого-цифровым преобразователем (АЦП), перемножителем, функциональными преобразователями синус и косинус, накапливающими усредняющими сумматорами, пороговыми устройствами.

Для оценки помехоустойчивости демодулятора проведено статистическое моделирование структурной схемы (фиг. 2). Статистическое моделирование проводилось в следующей последовательности.

На первом этапе сформированы дискретные мгновенные значения нестационарного сигнала, передающего логическую «1», а потом - сигнала, передающего логический «0». Амплитуда сигнала, математическое ожидание сигнала - это величины переменные. Для конкретных значений амплитуды и математического ожидания сигнала установлены пороги (9, 10, 13, 14) в статистической модели демодулятора. После чего контролировались ошибки демодулятора, когда помехи на входе демодулятора отсутствуют. Количество ошибок в синусном и косинусном каналах демодулятора равно нулю при проведении 100 000 испытаний.

На втором этапе сформированы дискретные мгновенные значения аддитивной смеси сигнала и «белого» шума. При этом амплитуда нестационарного сигнала изменялась через 0,1 В от 0,1 В до 0,9 В, а среднее квадратическое отклонение «белого» шума изменялось от 0,9 В до 0,1 В с шагом 0,1 В. Математическое ожидание сигнала принимало два значения, а именно 0,1 В и 0,4 В. Отношение сигнал/шум рассчитывалось по формуле

где u(kΔt) - дискретное мгновенное значение сигнала; σ2 - дисперсия «белого» шума; N - объем выборки мгновенных значений сигнала. При этом несущая частота сигнала 100 кГц, частота дискретизации аддитивной смеси сигнала и шума равна 200 кГц. Объем выборки дискретных мгновенных значений аддитивной смеси сигнала и шума на интервале одного символа телеграфного сигнала равен 200.

Проведено 100 000 независимых испытаний. Вероятность ошибок в синусном и косинусном каналах демодулятора рассчитывалась по формуле

где N1=100 000 - количество испытаний; m - количество ошибок при приеме логического «0»; n - количество ошибок при приеме логической «1».

Результаты статистических испытаний синусного канала демодулятора.

Результаты статистических испытаний косинусного канала демодулятора.

Для сравнения приведена вероятность ошибок при демодуляции сигналов с относительной фазовой модуляцией [Теплов Н.Л. Помехоустойчивость систем передачи дискретной информации. - Москва: Связь, 1964, с. 117].

Результаты моделирования показывают, что демодулятор (фиг.2) имеет помехоустойчивость, превышающую помехоустойчивость известных демодуляторов сигналов с относительной фазовой модуляцией, которая считается в данный момент самой помехоустойчивой.

Таким образом, использование предлагаемого способа повышает помехоустойчивость систем передачи дискретной информации.

Способ демодуляции сигнала, использующий аналого-цифровое преобразование нестационарного сигнала с s(t), принимающего значения «0» или «1», с получением мгновенных значений сигнала u(kΔt), которые перемножают с параметром Vm характеристической функции, выполняют преобразование для получения функции sin[u(kΔt)Vm] и функции cos[u(kΔt)Vm] произведений u(kΔt)Vm с накоплением и усреднением текущих значений соответственно на интервале времени, равном длительности символов «0» или «1», после чего с помощью функции синуса вычисляют оценку B(Vm,t) мнимой части характеристической функции, а с помощью функции косинуса - оценку A(Vm,t) действительной части характеристической функции соответственно

где N - объем выборки дискретных мгновенных значений сигнала, текущие значения которых сравнивают с порогами, а решения принимают в соответствии с выполнением следующих неравенств:

если B(Vm,t)≤0, то считают, что принят лог.«0»;

если B(Vm,t)>J0(VmU0)sinE0, то считают, что принята лог. «1»;

если A(Vm,t)≥J0(VmU0), то считают, что принят лог. «0»;

если A(Vm,t)>J0(VmU0)cosE0, то считают что принята лог. «1»,

где U0 - амплитуда сигнала; Е0 - математическое ожидание сигнала; J0(VmU0) - функция Бесселя нулевого порядка, Vm=1.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к технике обнаружения амплитудно-модулированных авиационных радиосигналов, передаваемых одновременно по одному и тому же частотному каналу.

Изобретение относится к технологии релейной передачи и предназначено для решения проблемы отображения и передачи канала управления релейной на линии связи от базовой станции до релейного узла.

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано для идентификации сменных антенных модулей радиоприемных устройств. .

Изобретение относится к технике связи и может быть использовано для регистрирующего приема сигналов амплитудной телеграфии. .

Изобретение относится к системе связи и может быть использовано в устройствах бытовой электронике, устройствах промышленного назначения, научной аппаратуре и сети связи.

Изобретение относится к радиотехнике, в частности к радиопередающим устройствам, применяемым на линиях многоканальной цифровой связи с квадратурной амплитудной манипуляцией, может быть использовано в области цифрового радиовещания и цифрового телевидения.

Изобретение относится к приемникам глобальной навигационной спутниковой системы (GNSS), которые работают со спутниковыми сигналами Галилея с переменной бинарной смещенной несущей (AltBOC).

Изобретение относится к электросвязи, а именно к цифровой радиосвязи, и может быть использовано в системах передачи сигналов с минимальной угловой модуляцией (МУМ) без разрыва фазы, а именно сигналов с минимальной фазовой модуляцией (МФМ) и сигналов с минимальной частотной модуляцией (МЧМ).

Изобретение относится к области цифровой передачи данных и может быть использовано для демодуляции и компенсации фазы. .

Изобретение относится к цифровой радиосвязи, к системам передачи дискретной информации для приема сигналов с минимальной частотной модуляцией (МЧМ). .
Наверх