Лекция №7

Тема №2: Передача ДИСКРЕТНЫХ сообщений (продолжение)

Тема лекции: ПРИЕМ ЦИФРОВЫХ РАДИОСИГНАЛОВ

Введение

В предлагаемой лекции будут рассмотрены реализуемые на практике способы приема цифровых АМн, ЧМн и ФМн радиосигналов. Оценка помехоустойчивости рассматриваемых способов приема позволит составить представление о их эффективности. Отдельно будет рассмотрен вопрос формирования и приема сигнала с относительной фазовой манипуляцией (ОФМн).

2.6. Некогерентный прием аМн радиосигналов

Схемы некогерентного приема АМн радиосигнала с использованием согласованного фильтра (СФ) и полосового фильтра (ПФ) представлены на рис.2.14 а и б.

а)

б)

Рис.2.14. Схемы некогерентного приема АМн радиосигнала с использованием СФ и ПФ

С выхода СФ (ПФ) сигнал подается на детектор огибающей (ДО) и далее в моменты окончания элементов сигнала t = kT (k = 1, 2, …) на пороговое устройство (ПУ), которое осуществляет сравнение огибающей смеси полезного сигнала и шума с выходов ДО с порогом h. В случае, если сигнал на выходе СФ (ПФ) в момент окончания элемента сигнала t = T превышает порог h принимается решение, что =1, если не превышает, то =0.

Схема приема АМн радиосигнала с СФ является оптимальной, поскольку СФ полностью согласован с принимаемым сигналом и отношение сигнал-шум на его выходе максимально возможное. При использовании ПФ схема приема не является оптимальной, так как в этом случае полоса пропускания фильтра обычно несколько шире чем у СФ и, как следствие, выше интенсивность шума на входе ДО. Схему приема с ПФ используют, как правило, в случае низкой частотной стабильности или проявлении эффекта Доплера при связи с движущимися объектами.

Вероятность ошибки при приеме АМн радиосигналов зависит не только от отношения сигнал-шум , но и выбранного порога h. При когерентном приеме (2.25) оптимальное значение порога определяется соотношением

h_opt = q² / 2 . (2.29)

При некогерентном приеме и больших отношениях сигнал-шум (q 1) оптимальное значение порога

h_opt = q / 2 . (2.30)

При этом помехоустойчивость некогерентного приема АМн радиосигналов

P_e = 0,5{[1 - Ф(q/2)] + exp( - q²/8)} . (2.31)

Расчеты показывают, что для обеспечения P_e = 10^-3...10^-6 при некогерентном приеме требуется увеличение энергии сигнала на 15…30% по сравнению с когерентным.

Амплитудная манипуляция в системах связи с автоматической обработкой сигналов не применяется и используется лишь при приеме на слух азбуки Морзе.

2.7. Прием чМн радиосигналов

В линиях связи фаза высокочастотных колебаний является, как правило, случайной. Это объясняется флуктуацией времени распространения сигнала от передатчика к приемнику. Можно считать фазы ₁ и ₂ в выражении (2.3) равномерно распределенными в интервале [0, 2].

Схема оптимального приема ЧМн радиосигнала с использованием согласованных фильтров (СФ) приведена на рис.2.15.

Рис.2.15. Схема оптимального приема ЧМн радиосигнала с использованием СФ

Решение об оценке дискретного параметра выносится на основе сравнения сигналов u₁(t) и u₂(t) в момент окончания элемента сигнала. Вероятность ошибки приема ЧМн радиосигналов при некогерентном приеме определяется выражением

P_е = 0,5exp( -E/2N) . (2.32)

На практике применяют более простые приемные устройства, по сравнению с оптимальными. Самыми распространенными являются приемники, реализующие фильтровой метод приема и метод частотного детектирования.

Схема приема ЧМн радиосигналов с полосовыми фильтрами (ПФ) приведена на рис.2.16, где ПФ1 ПФ2 – полосовые фильтры, настроенные на частоты ₁ и ₂ соответственно; АО – амплитудный ограничитель; Д – амплитудный детектор; ФНЧ – фильтр нижних частот. Использование схемы приема ЧМн радиосигналов с полосовыми фильтрами целесообразно в том случае, если применение СФ не представляется возможным, например, вследствие эффекта Доплера. Различение сигналов s₁(t) и s₂(t) осуществляется путем сравнения огибающих колебаний u₁(t) u₂(t) на выходах обоих каналов в момент окончания элемента сигналов.

Рис.2.16. Схема приема ЧМн радиосигналов с ПФ

К недостаткам схемы приема на ПФ следует отнести:

1. ухудшение отношения сигнал-шум на выходе ПФ по сравнению с согласованным фильтров;

2. вредное воздействие межсимвольной интерференции, создаваемое переходными процессами в ПФ.

Схема приема ЧМн радиосигналов с частотным детектором ЧД приведена на рис.2.17. Частотный детектор настроен на частоту f₀ = (f₁ + f₂)/2.

Напряжение на выходе частотного детектора (ЧД) пропорционально мгновенной частоте суммы сигнала и помехи. Решение о том, какой передавался символ, принимается в ПУ в зависимости от знака напряжения на выходе ЧД.

Рис.2.17. Схема приема ЧМн радиосигналов с частотным детектором

Параметры усилителя промежуточной частоты (УПЧ) и ЧД выбираются так, чтобы при всех возможных отклонениях частоты сигналы s₁(t) и s₂(t) находились на линейном участке.