2.8. Прием фМн радиосигналов

В 1933г. А.А. Пистолькорсом и в 1937г. В.И. Сифоровым были предложены схемы приема ФМн радиосигнала, представленные на рис.2.18 и 2.19 соответственно.

В результате умножения частоты на два (  2 ) снимается информационная фазовая манипуляция на :

s₁(t) = A₀ cos₀ t , s_{ 2}(t) = A₀ cos2₀ t ;

s₂(t) = - A₀ cos₀ t = A₀ cos(₀ t + ) , s_{ 2}(t) = A₀ cos2₀ t . (2.33)

После узкополосного фильтра (Ф) и делителя частоты на два ( : 2 ) исходная частота опорного сигнала восстанавливается. В фазовращателе (ФВ) компенсируется фазовый сдвиг, внесенный трактом формирования опорного сигнала.

Фаза опорного сигнала, сформированного в схеме А.А. Пистолькорса, неоднозначна и, в зависимости от начальных условий, может принимать одно из двух устойчивых состояний, отличающихся друг от друга на . В результате полярность символов на выходе фазового детектора (ФД) изменяется на противоположную. Это явление получило название «обратная работа».

Рис.2.18. Схема приема ФМн радиосигнала, предложенная А. А. Пистолькорсом

В схеме В.И. Сифорова формирование опорного сигнала обеспечивает генератор управляемый напряжением (ГУН), который стабилизируется кольцом фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ). Однако, «обратная работа» при этом не устраняется.

Рис.2.19. Схема приема ФМн радиосигнала, предложенная В.И. Сифоровым

Вывод: Эффект «обратной работы» при использовании классических ФМн радиосигналов устранить невозможно.

Способы борьбы с эффектом «обратной работы»:

1). применение специальных посылок для фазирования генератора, формирующего опорный сигнал, на приемной стороне;

2). уменьшение угла манипуляции в ФМн радиосигнале, для сохранения в спектре составляющей, которая содержит информацию о начальной фазе рабочей частоты.

Первый способ значительно усложняет приемное устройство, а второй ведет с некоторому снижению помехоустойчивости приема.

Примечание: При цифровой передачи речи инвертирование символов мало влияет на разборчивость речи.

В середине 50-х годов, с целью реализовать преимущества фазовой манипуляции, была предложена относительная фазовая манипуляция (ОФМн).

2.9. Радиосигналы с относительной фазовой манипуляцией (офМн)

В ОФМн радиосигналах информация содержится в относительной фазе:

s_ОФМн(t,) = A₀ cos(₀ t + Г_k) , (2.34)

где

Г_k = Г_{k - 1}  _k , (2.35)

Г_k = 0 или 1, k = 1, 2, 3, … - номер такта.

Схема формирования ОФМн радиосигнала приводится на рис.2.20.

T

ПРД

Кодер

s_ОФМн(t,)



Рис.2.20. Схема формирования ОФМн радиосигнала

С учетом (2.35), а также того, что суммирование и вычитание по модулю два дают одинаковый результата, правило восстановление исходной последовательности имеет вид:

_k = Г_k-1  Г_k . (2.36)

Схема приема ОФМн сигналов приводится на рис.2.21.

Рис.2.21. Схема приема ОФМн радиосигнала

Процесс кодирования и декодирования поясняется на рис.2.22. Из рис.2.22 видно, что при искажении подряд любого числа соседних символов последовательность на выходе декодирующего устройства будет постоянно искажаться два символа. Это явление называется трансформацией числа ошибок. Исходя из этого вероятность ошибки приема элемента ОФМн радиосигнала

. (2.37)

При малой вероятности ошибки приема элемента ФМн радиосигнала

(2.38)

Таким образом при больших отношениях сигнал-помеха на входе приемного устройства помехоустойчивость приема ОФМн радиосигналов в два раза хуже, чем ФМн радиосигналов.

Процесс кодирования

П

Последовательность на выходе декодирующего устройства

роцесс декодирования, если имеет место эффект обратной работы

Процесс декодирования с ошибками

Рис.2.22. Процесс кодирования и декодирования в схемах приема ОФМн радиосигналов

Идея ОФМн привела к созданию фазового демодулятора, осуществляющего сравнение предыдущей и последующей посылок непосредственно на промежуточной частоте. Этот метод приема называется автокорреляционным или методом сравнения фаз. Схема автокорреляционного приемника ОФМн сигналов приводится на рис.2.23. В этом случае на один вход перемножителя поступают сигналы с УПЧ, а на другой те же сигналы, но задержанные на длительность элемента сигнала T и выполняющие роль опорного сигнала. Выходное напряжение с фильтра нижних частот (ФНЧ) воздействует на ПУ, где сравнивается с нулевым порогом. Знак напряжения на выходе ФНЧ определяется разностью предыдущей и последующей посылок.

Рис.2.23. Схема автокорреляционного приема ОФМн радиосигналов

Автокорреляционный метод приема обладает более низкой помехоустойчивостью по сравнению с корреляционным из-за наличия шумов в опорном сигнале. Вероятность ошибки при автокорреляционном приеме определяется выражением

P_е = 0,5exp(-E/N) . (2.39)

Если вероятность ошибки Р_е  10^-3 различие в помехоустойчивости при различных схемах незначительное.

Автокорреляционный прием нашел применение в системах передачи данных по стандартным телефонным каналам, корреляционный – в системах с высокой скоростью передачи информации.

Заключение

Таким образом, в лекции рассмотрены вопросы приема цифровых радиосигналов. Применение на практике описанных выше методов приема сигналов с различными видами манипуляции позволяют унифицировать элементную базу техники связи и передачи данных. Развитие вычислительной техники в значительной степени облегчает реализацию оптимальных и квазиоптимальных алгоритмов приема цифровых сигналов.