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

Формула изобретения

Приемник сигналов с абсолютной фазовой манипуляцией на угол 140° 2 160°, патент № 2269207" SRC="/images/patents/200/2269019/8804.gif" BORDER="0" ALIGN="absmiddle"> 2 2 160°, патент № 2269207" SRC="/images/patents/200/2269001/981.gif" BORDER="0" ALIGN="absmiddle"> 2 160°, патент № 2269207" SRC="/images/patents/200/2269019/8804.gif" BORDER="0" ALIGN="absmiddle"> 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.

Описание изобретения к патенту

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° 2 160°, патент № 2269207" SRC="" height=100 BORDER="0" ALIGN="absmiddle"> 2 2 160°, патент № 2269207" SRC="" height=100 BORDER="0" ALIGN="absmiddle"> 2 160°, патент № 2269207" SRC="" height=100 BORDER="0" ALIGN="absmiddle"> 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 + 2 160°, патент № 2269207" SRC="" height=100 BORDER="0" ALIGN="absmiddle"> на выходе частотного детектора появляется короткий положительный импульс, а при скачке фазы входного сигнала на - 2 160°, патент № 2269207" SRC="" height=100 BORDER="0" ALIGN="absmiddle"> , 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° 2 160°, патент № 2269207" SRC="" height=100 BORDER="0" ALIGN="absmiddle"> 2 2 160°, патент № 2269207" SRC="" height=100 BORDER="0" ALIGN="absmiddle"> 2 160°, патент № 2269207" SRC="" height=100 BORDER="0" ALIGN="absmiddle"> 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[ 2 160°, патент № 2269207" SRC="" height=100 BORDER="0" ALIGN="absmiddle"> t+ 2 160°, патент № 2269207" SRC="" height=100 BORDER="0" ALIGN="absmiddle"> (t) 2 160°, патент № 2269207" SRC="" height=100 BORDER="0" ALIGN="absmiddle"> ], где 2 160°, патент № 2269207" SRC="" height=100 BORDER="0" ALIGN="absmiddle"> (t)=±1, а 2 160°, патент № 2269207" SRC="" height=100 BORDER="0" ALIGN="absmiddle"> выбирается из указанного диапазона 60° 2 160°, патент № 2269207" SRC="" height=100 BORDER="0" ALIGN="absmiddle"> 2 160°, патент № 2269207" SRC="" height=100 BORDER="0" ALIGN="absmiddle"> 2 160°, патент № 2269207" SRC="" height=100 BORDER="0" ALIGN="absmiddle"> 80°.

Учитывая значение 2 160°, патент № 2269207" SRC="" height=100 BORDER="0" ALIGN="absmiddle"> (t) по правилам тригонометрии, имеем:

u _ФМ(t)=Ucos[ 2 160°, патент № 2269207" SRC="" height=100 BORDER="0" ALIGN="absmiddle"> (t) 2 160°, патент № 2269207" SRC="" height=100 BORDER="0" ALIGN="absmiddle"> ]·sin 2 160°, патент № 2269207" SRC="" height=100 BORDER="0" ALIGN="absmiddle"> t+Usin[ 2 160°, патент № 2269207" SRC="" height=100 BORDER="0" ALIGN="absmiddle"> (t) 2 160°, патент № 2269207" SRC="" height=100 BORDER="0" ALIGN="absmiddle"> ]·cos 2 160°, патент № 2269207" SRC="" height=100 BORDER="0" ALIGN="absmiddle"> t=U[cos 2 160°, патент № 2269207" SRC="" height=100 BORDER="0" ALIGN="absmiddle"> ·sin 2 160°, патент № 2269207" SRC="" height=100 BORDER="0" ALIGN="absmiddle"> t+ 2 160°, патент № 2269207" SRC="" height=100 BORDER="0" ALIGN="absmiddle"> (t)·sin 2 160°, патент № 2269207" SRC="" height=100 BORDER="0" ALIGN="absmiddle"> cos 2 160°, патент № 2269207" SRC="" height=100 BORDER="0" ALIGN="absmiddle"> t].

Видно, что составляющая несущей частоты (первое слагаемое) пропорциональна cos 2 160°, патент № 2269207" SRC="" height=100 BORDER="0" ALIGN="absmiddle"> , значение которого 0,5 2 160°, патент № 2269207" SRC="" height=100 BORDER="0" ALIGN="absmiddle"> cos 2 160°, патент № 2269207" SRC="" height=100 BORDER="0" ALIGN="absmiddle"> 2 160°, патент № 2269207" SRC="" height=100 BORDER="0" ALIGN="absmiddle"> 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 2 2 160°, патент № 2269207" SRC="" height=100 BORDER="0" ALIGN="absmiddle"> =160°.

Нижний угол манипуляции 2 2 160°, патент № 2269207" SRC="" height=100 BORDER="0" ALIGN="absmiddle"> определяется по допустимому превышению вероятности ошибки по сравнению с минимальной при 2 2 160°, патент № 2269207" SRC="" height=100 BORDER="0" ALIGN="absmiddle"> =180°. Допустимое превышение P_{2 2 160°, патент № 2269207" SRC="" height=100 BORDER="0" ALIGN="absmiddle">} /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( 2 160°, патент № 2269207" SRC="" height=100 BORDER="0" ALIGN="absmiddle"> (2E/N_o)·sin 2 160°, патент № 2269207" SRC="" height=100 BORDER="0" ALIGN="absmiddle"> ),

где 2 160°, патент № 2269207" SRC="" height=100 BORDER="0" TI="CF" HE="13" WI="58"> - дополнение к интегралу вероятности до единицы (табулированное);

Е - энергия посылки;

N_o - спектральная плотность мощности гауссовских помех.

Примем 2E/N _o=10 или 2 160°, патент № 2269207" SRC="" height=100 BORDER="0" ALIGN="absmiddle"> (2E/N_o)=3,15.

При 2 2 160°, патент № 2269207" SRC="" height=100 BORDER="0" ALIGN="absmiddle"> =180° вероятность P_180° =9,3·10^-4, а при 2 2 160°, патент № 2269207" SRC="" height=100 BORDER="0" ALIGN="absmiddle"> =160°. Значение P_160°=9,676·10 ^-4. Превышение P_160°/P _180°=1,05

Остальные расчеты сведем в табл.1.

2 160°, патент № 2269207" SRC="" height=100 BORDER="0">

Из таблицы следует, что угол манипуляции находится в интервале 140° 2 160°, патент № 2269207" SRC="" height=100 BORDER="0" ALIGN="absmiddle"> 2 2 160°, патент № 2269207" SRC="" height=100 BORDER="0" ALIGN="absmiddle"> <160°, когда уровень несущей достаточный для исключения «обратной работы», а потери в помехоустойчивости меньше, чем при ОФМн. При 2 2 160°, патент № 2269207" SRC="" height=100 BORDER="0" ALIGN="absmiddle"> =160° эти потери практически полностью отсутствуют (P_160°/P_180° =1,05 2 160°, патент № 2269207" SRC="" height=100 BORDER="0" ALIGN="absmiddle"> 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_o cos 2 160°, патент № 2269207" SRC="" height=100 BORDER="0" ALIGN="absmiddle"> t, где U_o=Ucos 2 160°, патент № 2269207" SRC="" height=100 BORDER="0" ALIGN="absmiddle"> t.

Фазовый детектор 2 состоит из перемножителя сигналов и ФНЧ.

На выходе перемножителя колебание

u _п(t)=u_ФМ(t)u_o (t)=Usin[ 2 160°, патент № 2269207" SRC="" height=100 BORDER="0" ALIGN="absmiddle"> t+ 2 160°, патент № 2269207" SRC="" height=100 BORDER="0" ALIGN="absmiddle"> (t) 2 160°, патент № 2269207" SRC="" height=100 BORDER="0" ALIGN="absmiddle"> ]·U_Ocos 2 160°, патент № 2269207" SRC="" height=100 BORDER="0" ALIGN="absmiddle"> t=0,5UU_O{sin[ 2 160°, патент № 2269207" SRC="" height=100 BORDER="0" ALIGN="absmiddle"> (t) 2 160°, патент № 2269207" SRC="" height=100 BORDER="0" ALIGN="absmiddle"> ]+sin[2 2 160°, патент № 2269207" SRC="" height=100 BORDER="0" ALIGN="absmiddle"> t+ 2 160°, патент № 2269207" SRC="" height=100 BORDER="0" ALIGN="absmiddle"> (t) 2 160°, патент № 2269207" SRC="" height=100 BORDER="0" ALIGN="absmiddle"> ]}.

Второе слагаемое на удвоенной промежуточной частоты 2 2 160°, патент № 2269207" SRC="" height=100 BORDER="0" ALIGN="absmiddle"> ФНЧ отфильтровывается и на его выходе имеет место только первое слагаемое u_Ф(t)=0,5U _oUsin[ 2 160°, патент № 2269207" SRC="" height=100 BORDER="0" ALIGN="absmiddle"> (t) 2 160°, патент № 2269207" SRC="" height=100 BORDER="0" ALIGN="absmiddle"> ] - 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.