ЦИФРОВОЙ КОГЕРЕНТНЫЙ ДЕМОДУЛЯТОР СИГНАЛОВ С ДВОИЧНОЙ ФАЗОВОЙ МАНИПУЛЯЦИЕЙ

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано в устройствах приема цифровых информационных сигналов для когерентной цифровой демодуляции двоичных сигналов с фазовой манипуляцией (ФМ).

Известно устройство когерентной демодуляции дискретных сигналов с двоичной фазовой манипуляцией [1]. Устройство состоит из перемножителя, генератора опорного сигнала, интегратора и компаратора.

Известен аналого-цифровой когерентный демодулятор фазоманипулированных сигналов [2], содержащий перемножитель, генератор опорного сигнала, интегратор, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) и вычислительное устройство.

Эти устройства осуществляют когерентную демодуляцию двоичных фазоманипулированных сигналов на основе аналоговой или цифровой корреляционной обработки сигнала.

К недостаткам известных устройств следует отнести:

- сложность реализации высокоскоростных корреляторов как в аналоговой, так и в цифровой форме;

- необходимость выполнения большого числа арифметических операций на каждый поступивший отсчет сигнала, что требует использования высокоскоростных вычислителей.

Наиболее близким по технической сущности и внутренней структуре к предлагаемому устройству является цифровой демодулятор сигналов с относительной фазовой манипуляцией (патент RU 2505922 С2, Н04В 1/10, Н04D 3/02, 27.01.2014) [3].

Его недостатком является отсутствие возможности высокоскоростной когерентной демодуляции фазоманипулированных сигналов.

Задачей предлагаемого технического решения является обеспечение высокоскоростной цифровой когерентной демодуляции сигналов с двоичной фазовой манипуляцией.

Поставленная задача решается тем, что цифровой когерентный демодулятор сигналов с двоичной фазовой манипуляцией, содержащий аналого-цифровой преобразователь (АЦП) и генератор тактовых импульсов, дополнительно содержит регистр сдвига многоразрядных кодов на два отсчета, вычитатель и последовательно соединенные блоки обработки отсчетов (БОО), при этом количество (n) БОО определяется двоичным логарифмом числа обрабатываемых периодов несущей ФМ сигнала, а каждый из этих блоков состоит из регистра сдвига многоразрядных кодов и сумматора, первый вход которого соединен с входом упомянутого регистра сдвига и является входом БОО, второй вход сумматора соединен с выходом регистра сдвига, выход сумматора является выходом БОО, а тактовый вход регистра сдвига является управляющим входом БОО, при этом выход АЦП соединен с входом многоразрядного регистра сдвига на два отсчета, выходы которого соединены с соответствующими входами вычитателя, выход которого соединен с входом первого БОО, а выход n-го блока обработки отсчетов - с входом блока принятия решения, выход которого является выходом устройства, причем управляющие входы АЦП, регистра сдвига многоразрядных кодов на два отсчета и БОО соединены с соответствующими выходами генератора тактовых импульсов.

Предлагаемое техническое решение поясняется чертежами.

На фиг. 1 представлена структурная схема предлагаемого устройства, на фиг. 2 - процесс квантования, а на фиг. 3 - результаты моделирования работы демодулятора и расчета вероятности ошибки.

Устройство содержит АЦП 1, на вход которого поступает принимаемый ФМ сигнал 2 с выхода усилителя промежуточной частоты приемника, а на управляющий вход - тактовые импульсы 3, синхронные с входным сигналом. Выход АЦП 1 соединен с входом регистра 4 сдвига многоразрядных кодов на два отсчета, выходы которого соединены с входами вычитателя 5, выход которого подключен к входу первого БОО 6-1.

Каждый БОО 6 состоит из регистра сдвига многоразрядных кодов 7 и сумматора 8, первый вход которого соединен с входом регистра сдвига 7, который является входом БОО 6, а второй вход сумматора 8 соединен с выходом регистра сдвига 7, выход сумматора является выходом БОО 6. Количество БОО n зависит от числа N периодов сигнала в информационном символе и определяется двоичным логарифмом N (n=log₂N). Такое построение устройства обеспечивает минимальное количество БОО, при этом число обрабатываемых периодов сигнала равно N=2ⁿ.

Выход первого БОО 6-1 соединен с входом второго БОО 6-2, выход которого соединен с входом третьего БОО 6-3 и так далее. Выход последнего БОО 6-n подключен к входу блока принятия решения 9, выход которого является выходом 10 устройства. Решение о принятом двоичном символе принимается в моменты прихода импульсов тактовой синхронизации 11.

Управляющие входы АЦП 1, регистра сдвига многоразрядных кодов на два отсчета 4 и БОО 6-1, БОО 6-2, …, БОО 6-n соединены с соответствующими выходами генератора тактовых импульсов 12, синхронного с принимаемым ФМ сигналом.

Устройство работает следующим образом.

Входной сигнал с двоичной ФМ на входе 2 демодулятора вида s(t)=S_msin(2πƒ₀t+a(t)π+ϕ₀), где S_m - амплитуда, ƒ₀ - несущая частота, ϕ₀ - начальная фаза, a(t)- двоичный модулирующий фазу сигнал со значениями 0 или 1, поступает на вход АЦП 1, который формирует по два отсчета входного сигнала на период несущей Т=1/ƒ₀ в соответствии с тактовыми импульсами 3 от генератора 12, синхронными с принимаемым сигналом. Информационный элемент сигнала длительностью Т_Э=NT содержит N периодов Т несущего колебания, N=2ⁿ, n - целое число. Процесс квантования ФМ сигнала показан на фиг. 2, точками отмечены формируемые на каждом периоде отсчеты s₁ и s₂. Эти отсчеты последовательно для каждого периода запоминаются в многоразрядном регистре 4 сдвига на два отсчета, и в вычитателе 5 формируется их разность s₁-s₂=2S при ψ=0, а если фаза входного сигнала изменится на ψ=π, то соответственно s₁-s₂=-2S. За N=2ⁿ периодов (по окончании символа) на выходе последнего БОО 6-n в моменты окончания информационного символа при отсутствии помех накапливается величина y, равная

Эти значения y сравниваются с нулем в решающем устройстве 9 при поступлении сигналов тактовой синхронизации 11 и на выходе 10 решающего устройства 9 формируются принятые информационные символы s_И.

Отклик демодулятора y имеет нормальную плотность вероятностей

со средним значением α=2NS или α=-2NS и дисперсией σ²=2Nσ²_Ш.

Вероятность ошибки равна

где

- интеграл Лапласа,

- отношение сигнал/шум.

Выражение (3) соответствует классической [1] формуле для вероятности ошибки при оптимальной когерентной обработке сигнала, то есть рассматриваемый демодулятор обеспечивает потенциальную помехоустойчивость.

На фиг. 3 точками показаны результаты статистического имитационного моделирования алгоритма когерентной демодуляции двоичного фазоманипулированного сигнала при N=256. Сплошная линия соответствует расчету вероятности ошибки в соответствии с (3).

Литература

1. Финк Л.М. Теория передачи дискретных сообщений. М.: Сов. радио, 1970.

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

3. Патент RU 2505922 С2, Н04В 1/10, Н04D 3/02, 27.01.2014, Бюл. №3, «Цифровой демодулятор сигналов с относительной фазовой манипуляцией», авторы Литвиненко В.П., Глушков А.Н.