1. Прием сигналов бфм

Запишем сигнал БФМ в виде

Замечание о записи амплитуды сигнала.

В самом общем виде сигнал описывается выражением s(t) = A cos t, где А – амплитуда, т.е. максимальное значение сигнала. Среднеквадратичное значение амплитуды А_ско в меньше амплитуды А, т.е. можно записать .

представляет собой среднюю мощность P, рассеиваемую на сопротивлении 1 Ом, следовательно

.

Заменяя P на E/T, получаем:

(2.22)

Конец замечания.

Очевидно, различение таких сигналов должно производится фазовым детектором, для которого требуется формирование опорного напряжения. Если полярность опорного напряжения изменится на противоположную, полярность выходного сигнала фазового детектора также изменится на обратную. Это явление называется обратной работой фазового детектора, и оно становится причиной ошибок демодуляции. Основная трудность реализации демодулятора сигналов БФМ состоит в создании синхронного с ними опорного колебания, имеющего неизменную начальную фазу.

Возможны два пути решения этой проблемы: использование высокостабильного генератора в качестве памяти фазы высокочастотного колебания и формирование опорного колебания с помощью обработки входного сигнала.

Элементарные расчеты показывают, что для обеспечения длительного (более 20 с) сеанса связи с хранением в приемнике начальной фазы требуется генератор с чрезвычайно высокой относительной стабильностью (лучше 10^-10). Кроме того (и это может оказаться главной причиной), из-за нестабильности среды распространения начальная фаза принимаемого колебания испытывает флуктуации, которые невозможно учесть в данном методе.

Второй путь – создание опорного колебания из входного сигнала – также содержит проблемы, из которых основной является отсутствие несущей в спектре фазоманипулированного колебания при равновероятных символах. Тем не менее, было предпринято множество попыток создания схем формирования опорного колебания из входного, которые кратко рассматриваются далее.

Одной из первых в 1933 году советским ученым А. А. Пистолькорсом была предложена схема (рис. 2.5), носящая его имя.

Р абота схемы происходит на промежуточной частоте f₀, что, впрочем, совершенно непринципиально. С помощью умножителя частоты на два (2) колебание на его выходе не зависит от манипуляции фазы входного сигнала. Узкополосный резонансный фильтр (УФ), настроенный на частоту 2f₀, позволяет получить на своем выходе почти синусоидальное колебание, в значительной степени свободное от помех. В качестве узкополосного фильтра более удобно использовать схему ФАПЧ, которая способна отслеживать флуктуации частоты, вызванные нестабильностью передатчика и влиянием канала. После деления частоты на два (:2) получается необходимое опорное колебание с частотой f₀ без фазовой манипуляции и с малым уровнем помех. Фазовращатель ФВ служит для компенсации аппаратурных фазовых набегов.

Однако, исследования показали, что в зависимости от начальных условий, фаза сформированного опорного колебания может принимать два значения относительно фазы входного сигнала – “0’ и “”, что приводит к обратной работе ФД. Кроме того, интенсивные помехи также могут вызывать перескок фазы опорного напряжения на . Наличие делителя на два увеличивает вероятность перескоков фазы.

Приведенная на рис. 2.6 схема предложена в 1937 году советским ученым В.И. Сифоровым. В этой схеме фазовая манипуляция также снимается с помощью удвоителя частоты, но в качестве узкополосного фильтра используется следящая схема (ФАПЧ), состоящая из дискриминатора фазы (ДФ), фильтра нижних частот (ФНЧ), управляемого генератора (УГ) и второго удвоителя частоты (2). В этой схеме отсутствует удвоитель частоты, так как управляемый генератор УГ работает на частоте f₀, а сравнение фаз выполняется в фазовом дискриминаторе ДФ на удвоенной частоте. Однако отсутствие делителя не устраняет неоднозначности фазы полученного опорного колебания.

Предложенная в 1957 году американским ученым Д. Костасом схема формирования опорного напряжения показана на рис. 2.7. Все элементы схемы работают на частоте f₀, а фазовая манипуляция снимается умножением продетектированного сигнала на входной в умножителе, выход которого после низкочастотной фильтрации управляет частотой генератора УГ. Эта схема проще в реализации, но, как и предыдущие, обладает склонностью к обратной работе.

Таким образом, прием оптимальных противоположных сигналов наталкивается на принципиально неустранимую трудность – формирование опорного напряжения из принимаемого сигнала, в котором отсутствует составляющая несущей частоты.

Решают эту проблему введением дополнительного канала для передачи несущей частоты – так называемого пилот-сигнала. Если такое решение недопустимо по каким-либо причинам (сложность аппаратуры, стоимость и т.п.), выход состоит в использовании относительной фазовой манипуляции – ОФМ.