§ 14.3. Некогерентные демодуляторы двоично-маиипулироваииых сигналов
Некогерентные демодуляторы применяют тогда, когда оценка начальной фазы принимаемого сигнала неизвестна [16|.
Некогерентный демодулятор АМн-сигналов. Схема некогерентного демодулятора АМн-сигналов с пассивной паузой приведена на рис. 14.12 (см. также рис. 11.9). Он состоит из согласованного фильтра (СФ), выполняемого как квазисогласованный для импульсного сигнала длительностью Т, детектора огибающей (ДО) и порогового устройства (ПУ), которое служит здесь решающим устройством. В качестве ПУ можно применить запертый односторонний ограничитель, открываемый в момент окончания импульса сигнала t = Т, когда принимается решение.
Для уменьшения межсимвольных искажений на выходе детектора устанавливают управляемый выключатель, закорачивающий емкость нагрузки детектора после снятия отсчета в момент времени t = Т + т3. Для увеличения уровня импульса, подаваемого на ПУ после ДО, устанавливают усилитель (ВУ).
При некогерентном приеме АМн-сигналов существует оптимальное значение порога, которое минимизирует вероятность ошибки. При большом отношении сигнал/помеха оптималь-
ное значение порога qaovt = 2-\-q/2, а вероятность ошибки хорошо аппроксимируется выражением
/>. = (1/2)ехр(-<7/4). (14.5)
Некогерентный демодулятор ЧМн-сигналов. Некогерентный демодулятор двоичных ЧМн-сигналов строят по двухканальной схеме (рис 14.13). Каждый канал содержит согласован-
ный фильтр, детектор огибающей и видеоусилитель. Выходные сигналы каналов сравниваются в пороговом устройстве в момент окончания посылки.
При некогерентном приеме ЧМн-сигналов вероятность ошибки
Р, = (1/2)ехр(-?Сф/2). (14.6)
Здесь </сф — отношение мощности сигнала к мощности помехи на выходе согласованного фильтра, настроенного на частоту принимаемого сигнала.
Поскольку у АМн-сигналов во время паузы энергия не передается, средняя энергия равна половине энергии, определяющей значение <7сф. Поэтому в случае больших отношений сигнал/шум при одинаковых средних энергиях некогерентный прием АМн-и ЧМн-сигналов дает одинаковую помехоустойчивость (14.5) и (14.6). Однако ЧМн-сигналы занимают вдвое большую полосу частот, чем АМн-сигналы. У демодулятора АМн-сигналов необходимо оптимизировать порог для каждого значения отношения сигнал/помеха. Поэтому обычно
отдают предпочтение ЧМн-сигналам. Если несущие частоты сигналов /2 и /х известны неточно, в качестве демодулятора используют (рис. 14.14) частотный детектор (ЧД), высокочастотный фильтр (ВЧФ) на входе ЧД должен иметь симметричную АЧХ |/С(/'ш)|.
Ширину полосы пропускания этого фильтра выбирают из условия
ЧД настраивается на среднюю частоту <1>0 = (&>! + о)о)/2 и регистрирует отклонение мгновенной частоты от среднего значения. Решение о том, какой передается символ, принимается в РУ, построенном как дискриминатор полярности.
Вероятность ошибки при использовании ЧД определяется выражением Рв = (1/2) ехр (— <7Ф), где q$ = = Рс/Рш — отношение мощности сигнала к мощности помехи на входе ЧД.
По сравнению с двухканальным (рис. 14.13) одноканальный демодулятор (рис. 14.14) сложнее в настройке, более критичен к изменению параметров отдельных элементов и узлов. Межсимвольные искажения в нем больше за счет нелинейности дискриминационной характеристики частотного детектора.
Некогерентный демодулятор
ОФМн-сигналов. Некогерентный демодулятор ОФМН-сигналов строят в предположении, что точная информация о начальной фазе отсутствует, а фазовые соотношения между двумя соседними элементами сигнала в процессе приема не изменяются.
Положим, система ОФМн-сигналов построена так, что символу «1» соответствует сигнал ы, (t) = U X X cos ((tit + ф), — Г ■< 0 < 7\ а символу «О» — сигнал
I t/cos(coM-ф), -Г</<0,
un [If — '
I —(/cos(со^ + ф), 0<г< Т,
где ф — неизвестная начальная фаза.
Оптимальный алгоритм некогерентного демодулятора для таких сигналов имеет вид:
символ «О», если
XaXh + YaYb>0, (14.7)
символ «1» — при обратном знаке неравенства. Здесь
где Ф — произвольная начальная фаза гармонического сигнала опорного генератора.
Алгоритм (14.7) может быть реализован различными способами. Наибольшее распространение получила корреляционная схема (рис. 14.15). Выходное напряжение этой схемы пропорционально левой части неравенства (14.7) и решение принимается в соответствии со знаком этого напряжения. При некоторых параметрах ОФМн-сигналов, когда можно снизить промежуточную частоту и построить на ней аналого-цифровой преобразователь, алгоритм (14.7) можно реализовать программными средствами на ЦВМ.
При некогерентном приеме ОФМн-сигналов вероятность ошибки Ре = - (1/2) ехр (— q), q = 3/N0, где Э— энергия одного элемента сигнала длительностью Т.
При построении радиоприемников двоичных сигналов необходимо обеспечить качественную работу систем автоматических регулировок и демодулятора. Особенно важны стабильность промежуточной частоты и качество формирования опорного сигнала. Так ФМн- и ОФМн-сигналы весьма критичны к сдвигам частоты. Если длительность двоичного импульса Т, а сдвиг частоты AF, то за один период двоичного сигнала накапливается фазовый сдвиг 9 = 2nAFT. Дополнительные фазовые сдвиги, вызванные нестабильностью частоты, приводят к увеличению числа ошибок. Аналогичные последствия вызывает задержка в тракте формирования опорного сигнала. Из-за ухудшения корреляции в согласованных фильтрах также увеличивается частота возникновения ошибок. Для качественной демодуляции сигнала требуется поддержание высокой степени синхронизма в ГСТС.