книги / Методы помехоустойчивого приема ЧМ и ФМ сигналов

много уменьшает) среднее время установления синхрон­ ного режима в системах ФАПЧ, у которых вся фазовая плоскость соответствует декрементной зоне (ФАПЧ с ИФ).

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Jaffe R.r Rechtin Е. Design and performance of phase lock circuit.— „IRE Trans.*1, 1955, v. IT-1, № 1.

2.Кульман H. К., Стратонович P. Л. Фазовая автоподстройка частоты и оптимальное измерение параметров узкополосного сиг­ нала с непостоянной частотой в шуме. — «Радиотехника и элек­ троника», 1964, т. IX, № 1.

3.Кульман Н. К. Оптимальный прием сигнала с непостоянной частотой и амплитудой на фоне шумов. — «Радиотехника н элек­ троника», 1964, т. IX, № 9.

4.Тузов Г. И. Выделение и обработка информации в доппле­ ровских системах. М., «Сов. радио», 1967.

5.Акопян И. Г. Об установлении синхронного режима в лам­ повом автогенераторе при наличии помех. — «Радиотехника и элек­ троника», 1966, т. XI, № 1.

12.Янке Е., Эмде Ф., Леш Ф. Специальные функции, М., «На­ ука», 1968.

13.Кулешов В. Н., Удалов H. Н., Удалова С. Н. К анализу

РАЗДЕЛ II

ВОПРОСЫ ПРИЕМА И СИНХРОНИЗАЦИИ ДИСКРЕТНЫХ ФМ СИГНАЛОВ

У Д К 621.396.621

В. Л. БАНКЕТ, В. Н. БАТРАКОВ

ДЕМОДУЛЯЦИЯ ФМ СИГНАЛОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЦИФРОВЫХ

ЛОГИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ

Системы с фазовой манипуляцией (ФМ) обладают высокой помехоустойчивостью и находят все более ши­ рокое применение для передачи дискретных сообщений. Переход к многократной ФМ позволяет достаточно хо­ рошо использовать полосы частот канала. При этом наи­ более простым и близким к оптимальному способу ре­ гистрации посылок при приеме является однократный отсчет. В этом случае фильтрация принимаемой суммы сигнала и помехи производится фильтром на входе фа­ зового детектора. Применение аналоговых методов об­ работки ФМ сигналов при большой кратности манипу­ ляции приводят к существенному усложнению схемы де­ модулятора и жестким требованиям к точности установ­ ки и стабильности параметров отдельных ее узлов. В статье рассматриваются возможности построения демо­ дуляторов при однократном отсчете принимаемого ФМ сигнала с использованием дискретных логических эле­ ментов.

В общем случае сигнал с m-кратной фазовой мани­ пуляцией можно представить так:

где é = 0 , 1 , 2 , ..., 2m— 1 — номер позиции фазы сигнала;

Д<р= 2 л : / 2 — сдвиг фаз сигналов соседних позиций; со=

Таким образом, демодуляцию сигнала с фазовой ма­ нипуляцией при однократном отсчете можно выполнить путем определения его полярности в моменты времени,

в одно из двух устойчивых состояний, которое зависит

на интервале между импульсами питания используется ячейка 2, питание которой осуществляется от источника постоянного напряжения. Таким образом, на выходах Б Я 2 будет одно из двух возможных состояний в зависи­ мости от полярности разности напряжений на входах 1 и 2 (рис. 2). Дискриминатор полярности такого типа ра­ ботает в широком диапазоне скоростей передачи при достаточно малой ширине зоны неопределенности. На рис. 3 приведена схема устройства для определения по­ лярности, выполненного на интегральных микросхемах серии 114. В схеме решающего триггера используются элементы I и III, элементы II и IV — буферные для пе­ рехода к запоминающему триггеру (V и VII). На эле­ менты I—IV подается импульсное напряжение питания Элементы VI и VIII использованы как буферные в вы-

ходных цепях запоминающего триггера. По аналогичной схеме могут быть собраны устройства на основе других типов интегральных микросхем. Испытания показали, что чувствительность (ширина зоны неопределенности решения) при использования схем серии 114 составляет величину порядка 5 мВ при частоте импульсного пита­ ния вплоть до 100—200 кГц. Частотный диапазон мож-

ии

но существенно расширить при применении быстродей­ ствующих логических схем. Так, при использовании схем серии 137 чувствительность величиной 2—3 мВ сохра­ няется до частот порядка 5— 8 мГд.

Одним из важных вопросов построения демодулято­ ров сигналов многократной ФМ является обеспечение точной установки и поддержания в процессе эксплуата­ ции фаз опорных колебаний. При использовании дис­ кретных методов обработки ФМ сигнала появляется воз­

ба демодуляции разность фаз опорных колебаний демо­ дулятора двукратной ФМ должна быть равной 90°. Со­ гласно выражению ( 1 0 ) отсчетные моменты времени

при использовании рассматриваемого дискретного спо­ соба демодуляции равны

При этом полагаем, что я = 0 , т. е. неопределенность фазы опорного колебания отсутствует, At = T n/4, кроме того, целое число р выбираем таким образом, чтобы про­ изведение р Т а равнялось приблизительно половине дли­

тельности посылки. Таким образом, демодуляцию сигна­ ла с двукратной фазовой манипуляцией можно произ­ вести путем определения полярности принимаемого сиг­ нала в моменты времени, отстоящие друг от друга на интервал TJ4. При этом предполагается, что демодуля­

ция в первом и во втором каналах производится соот­ ветственно первым и вторым решающими устройствами. В этом случае довольно трудно сформировать две им­ пульсные последовательности питания, точно сдвинутые на TJ4. Эти трудности можно устранить, используя

только одно устройство для демодуляции сигналов обо­ их каналов. При этом используется одна периодическая последовательность импульсов с периодом, равным TJ4.

В этом случае устройство выдаст решение о полярности принимаемого сигнала четыре раза за период несущего колебания. Два из них, отстоящие друг от друга на ин­ тервал Т„/4 и определяемые в моменты t0 и i\, должны

быть использованы для демодуляции. Функциональная

бкема Демодулятора такого типа приведена на рис. 4. Выбор решений производится коммутатором КОМ, под­ ключающим выход ячейки Б Я 1 ко входам запоминаю­ щих ячеек БЯ2 (А и Б). Управление работой ячейки БЯ1 и коммутатора осуществляется схемой формирова­ ния опорного колебания (ФОК). Поскольку разделение

каналов приема производится путем коммутации реше­ ний, погрешности в формировании импульсов коммута­ ции не сказываются на работе демодулятора. Точность установки интервала отсчета, равного TJ4, определяет­

ся периодической последовательностью импульсов и мо­ жет быть сделана достаточно высокой.

Рис. 4

Демодулятор описываемого типа был выполнен для приема сигналов двукратной ФМ со скоростью 2x32 кБод. Частота входного ФМ сигнала 2000 кГц. Испыта­ ния показали, что помехоустойчивость демодулятора, выполненного на основе дискретных логических элемен­ тов, практически не отличается от помехоустойчивости демодулятора аналогового типа. Так, при вероятности

межсимвольной интерференции при фильтрации ФМ сиг­ нала. Кроме того, в демодуляторе на основе дискретных логических элементов нет низкочастотного фильтра, ко­ торый ставят на выходе фазового детектора для подав­ ления высокочастотных составляющих, полученных в ре­ зультате перемножения.

H.Т. ПЕТРОВИЧ, В. В. ПАВЛЮК,

Э.Н. ИЛЬИН, В. М. ВОРОНОВИЧ

ПОСТРОЕНИЕ ДИСКРЕТНОЙ СИСТЕМЫ СВЯЗИ ДЛЯ ПЕРЕДАЧИ СИГНАЛОВ ИЗОБРАЖЕНИЯ ВИДЕОТЕЛЕФОНА

этих способов передачи. Сравниваются дискретные способы с не­ прерывными способами модуляции (AM и 4M ).

Техника связи последнего десятилетия характеризу­ ется широким использованием для передачи аналоговых (непрерывных) сообщений дискретных сигналов. Пере­ дача изображения видеотелефона дискретными сигнала­ ми дает существенные преимущества по сравнению с традиционными аналоговыми: возможность регенерации на пунктах переприема, ограничивающей накопление по­ мех; устранение избыточности сигнала изображения, со­ кращающей объем передаваемой информации в 10 и бо­ лее раз; использование при построении дискретной си­ стемы связи высоконадежных интегральных и гибридных

30 дБ. Возможные методы модуляции: ИКМ, ДИКМ, ДМ. Для удовлетворительного восприятия изображения при ИКМ достаточно использовать 16 уровней квантова­ ния. Тогда скорость передачи составит 8 мбит/с, а отно­ шение сигнал/шум квантования 35 дБ. При ДИКМ для удовлетворительного восприятия необходимо 8 уровней квантования, а скорость передачи 6 мбит/с.

Помехоустойчивость канала оценивается степенью ви­ зуальной заметности искажений на изображении в за­

воспринимается без искажений, а для ДИКМ Р ош — Ю-4

недостаточно, так как наблюдается помеха в виде гори­ зонтальных полос на принимаемом изображении из-за накопления ошибок в приемнике. Приемлемое по каче­

бельные и радиорелейные каналы) — ДИКМ. Применять дельта-модуляцию (по предварительным исследовани­ ям) для передачи видеотелефоиного сигнала из-за срав­ нительно низкой эффективности нецелесообразно, хотя этот способ преобразования технически намного проще ИКМ и ДИКМ.

Экспериментальные исследования показали, что для удовлетворительного качества изображения недостаточ­ но обычной 16-уровневой ИКМ, хотя соотношение сигиал/шум квантования превышает 30 дБ. Это вызвано субъективными свойствами восприятия изображения че­ ловеком (выделение ложных контуров). Для устранения такого отрицательного эффекта предлагается использо­ вать 2—4 дополнительных псевдослучайных уровня. Это достигается добавлением к сигналу изображения псев­ дослучайной шумовой последовательности, которая по­ том вычитается из восстановленного сигнала.

В каналах связи с ограниченным энергетическим по­ тенциалом наилучшим видом манипуляции является ДОФМ. При равной с ОФМ помехоустойчивости ДОФМ

рость передачи. Энергетический проигрыш относительно потенциальной помехоустойчивости, вызванный неоптимальностью фильтрации и межсимвольными помехами, равен 1,5 дБ. Однако полосу канала связи'можно сокра­

тить до 4,4 мГц, что увеличит энергетический проигрыш до 2,5 дБ.

Потенциальная помехоустойчивость приема сигналов

спектральная плотность шума; Ф(х) — интеграл вероят­

ностен.

Для обеспечения заданной вероятности ошибки при

(при полосе 4,4 мГц).

Сравнение помехоустойчивостей передачи изображе­ ния видеотелефона ИКМ—ДОФМ и аналоговой 4M по­ казывает, что при полосе канала 77=4,4 мГц и индексе модуляции B = IJf2'FB— 1 = 1,2 аналогичное по качеству изображение (35 дБ) получится при отношении Pc/No*n =а2,0-108 с-1, т. е. при 4M требуется в 1,5 раза большая

мощность передатчика.

Мощность 4M сигнала можно уменьшить в 4,7 раза, если увеличить индекс модуляции до 2 ,6 , но при этом по­ лоса системы связи увеличится до 7 , 2 мГц.

В каналах с высоким энергетическим потенциалом (кабельные и радиорелейные линии связи) обычно тре­ буется предельно сокращать полосу передаваемого сиг­ нала. В этом случае наилучшим способом дискретной модуляции является 8 -уровневая ДИКМ в сочетании с многоуровневой (8 -уровневой) однополосной ОФМ. По­

полосного ОФМ сигнала существенно ниже помехоустой­ чивости ДОФМ.

Расчеты показывают, что для необходимой Р Ош='10- 6 ■величина отношения Р с/Л^о=9,75 • 108 с- 1 .при ограничен­ ной средней мощности и P J N 0= 3,76 -109 с-11 при огра­

ниченной пиковой мощности передатчика. При передаче изображения видеотелефона с помощью однополосной AM необходимое значение отношения P J N 0= 5 ,3 -109 с- 1

(с учетом синхросигнала и ограниченной пиковой мощ­ ности передатчика).

Таким образом, помехоустойчивость передачи сигна­ лов изображения дискретными сигналами не уступает,