§ 13.3. Квазикогерентные демодуляторы квантованных вим-и чим-смгналов

Широкое распространение в системах передачи информации получили квантованные ВИМ-и ЧИМ-сигна-лы, отличительной особенностью которых являются ортогональность и синхронность, позволяющие получить при обработке сигналов в приемнике высокую помехоустойчивость.

При квантовании передаваемого колебания на L уровней квантования ВИМ-сигнал Uj (/), как показано на рис. 13.6, может принимать одно из

возможных положений на интервале периода передачи 10; Т]. При этом импульсный сигнал u_t (?), соответствующий одному заданному уровню, ортогонален другому импульсному сигналу Uj (t), соответствующему любому другому уровню в течение периода передачи, т. е.

Длительность каждого импульса ВИМ-сигнала равна TIL, а занимаемая им полоса частот П = L/T. Соответственно выбирают ширину полосы пропускания ЛЧП: П.пчп > LIT.

Структурная схема квазикогерентного демодулятора квантованного ВИМ-сигнала приведена на рис. 13.7. Она состоит из одного высокочастотного коррелятора (ВЧ_кор), который поочередно обрабатывает каждый ра-диомпульс, и из L видеокорреляторов, каждый из которых реагирует на определенное положение входного сигнала на интервале периода передачи [0, Т].

На ВЧ-коррелятор от первого генератора опорного сигнала (rOQ) подается опорный сигнал, совпадающий по частоте с несущей. Генерато-тор ГОС, построен по принципу импульсной ФАПЧ. Поскольку при этом опорный сигнал несколько отличается по фазе от принимаемого, демодулятор оказывается квазикогерентным.

Каждый видеокоррелятор состоит из перемножителя, интегратора, ключевой схемы (КС), управляемой ГОС₂, линии задержки (ЛЗ) и видеоусилителя(ВУ). Генератор ГОС₂ запускается маркерным сигналом, выделяемым специальной схемой (ГСВС), и генерирует последовательности видеоимпульсов u_lt ...,«/., соответствующие всем возможным временным положениям сигнала (рис. 13.8). Выходной сигнал каждого видеокоррелятора поступает в решающее устройство и запоминается там до момента принятия решения. Накопительный конденсатор интегратора после окончания сигнала закорачивается с помощью ключевой схемы. Ключевая схема включается задержанным в линии задержки пе-передним фронтом опорного сигнала. После этого коррелятор оказывается подготовленным к обработке следующего сигнала.

Решающее устройство в момент окончания такта Т сравнивает сигналы и выбирает наибольший. Соответственно выбору принимается решение о том, в каком видеокорреляторе имеется сигнал.

Качество работы такого демодулятора определяется вероятностью ошибки Р_Е, квторая выражается через вероят-

мость правильного обнаружения ВТ _о. Вероятность правильного обнаружения данного сигнала, в свою очередь, равна вероятности того, что выходное напряжение видеокоррелятора, в котором имеется сигнал, будет больше выходных напряжений всех остальных видеокорреляторов:

где Р_с = U²/2L — средняя мощность сигнала, а Рщ/Плип — спектральная плотность шума на входе демодуля-, тора.

Второе равенство в (13.2) справедливо в предположении, что выходные напряжения различных корреляторов, обусловленные шумами, независимы.

Таким образом, вероятность ошибки зависит от отношения мощности сигнала к спектральной плотности шума и числа уровней квантования (рис. 13.9).

Анализируя работу схемы рис. 13.7, можно определить закон распределения возможных ошибок Р„_ш и вычислить среднеквадратиче-ское значение ошибки:

(13.3)

Здесь U — амплитуда сигнала.

Если значения сигнала распределены по равновероятному закону в интервале значений от— U до U, то среднеквадратическое значение сигнала

(13.4)

⁴ Зак. 1569

Из соотношений (13.2), (13.3) следует, что отношение среднеквадрати-ческого значения сигнала к средне-квадратической ошибке

(13.5)

При проектировании демодулятора задают величину ошибки Ре и так выбирают число уровней квантования, используя формулу (13.2) или рис. 13.9, чтобы максимизировать отношение (13.5). Далее определяют значение величины q₀ = Р_сТ'(Р_т /П_лчп) и отношение мощности сигнала к мощности шума на входе демодулятора, полагая Плчп = LIT :

PJPm = ЯЛ-

Последняя формула позволяет рассчитать чувствительность приемника

Здесь k — постоянная Больцмана; 7"_с.эф — эффективная шумовая температура приемной системы.

Усиление по мощности ЛЧП определяется уровнем полезного сигнала, необходимого для качественной

работы высокочастотного коррелятора демодулятора (см. рис. 13.7).

Недостаток системы передачи информации при ВИМ — большой уровень перекрестных искажений из-за попадания «хвостов» сигналов соседних каналов в каждый из каналов. Для устранения перекрестных искажений расширяют полосу пропускания ЛЧП. Так, если уровень перекрестных искажений не должен превышать 1 %, то ширину полосы выбирают из условия П_лчп « 50/Т. При такой широкой полосе уменьшается отношение сигнал/шум на входе демодулятора и тем самым помехоустойчивость приема. Поэтому иногда для устранения влияния соседних каналов их средние частоты разносят на \1Т Гц одна от другой. При этом выходное напряжение коррелятора данного канала за счет наличия сигнала в смежном канале будет равно нулю, так как

JV = 1,2.....L.

Квантованные ЧИМ-сигналы более удобны с точки зрения устранения взаимного влияния каналов, так как здесь сигналы разнесены по частоте. При квантованной ЧИМ квантованные уровни кодируются посредством серии отрезков высокочастотных колебаний длительностью Т, частоты которых разнесены относительно друг

друга на 1/Т Гц. Такие сигналы ортогональны, поскольку

Структурная схема демодулятора квантованных ЧИМ-сигналов приведена на рис. 13.10. Это многоканальный высокочастотный коррелятор, в каналах которого опорные сигналы отличаются по частоте на 1/Т Гц, т. е. «₀njv= U sin |(о)₀ + 2nN/T)t+ + q>A,J, N = 0,1, 2..... L~^l.

Генератор ГОС строится по схеме синтезатора частот и работает от принимаемого сигнала.

С целью упрощения схемы ГОС в передаваемый сигнал иногда включают дополнительный пилот-сигнал — непрерывный сигнал частотой f„_c — = М/Т(М > L). Пилот-сигнал выделяется с помощью системы ФАПЧ, а ГОС строится как делитель частоты.

Для временной синхронизации в приемнике предусматривается генератор ГСВС. Он управляет ключевыми схемами, установленными на выходе корреляторов, которые в момент окончания такта t =Т закорачивают интеграторы, подготавливая их к работе на следующем такте. В решающем устройстве в момент окончания каждого такта принимается решение о переданном уровне.

Ширина полосы частот, занимаемая квантованным ЧИМ-сигналом, так же как и квантованным ВИМ-сиг-налом, П = LIT Гц. Соответственно выбирают ширину полосы ЛЧП.

При принятом способе приема квантованных ВИМ- и ЧИМ-сигналов качество работы их оказывается одинаковым и описывается соотношением (13.2).