4.1. Структурные схемы демодуляторов

Глава 4. Помехоустойчивость адаптивных алгоритмов демодуляции сигналов с внутрибитовой ППРЧ и двоичной частотной манипуляцией

4.1. Структурные схемы демодуляторов

Техническая реализация синтезированных оптимальных и квазиоптимальных алгоритмов адаптивного различения сигналов с внутрибитовой ППРЧ достаточно сложна. Поэтому в СРС с ППРЧ и частотным разнесением информационных символов широко используются квазиоптимальные схемы обработки [9-15], которые по помехоустойчивости практически не уступают оптимальным алгоритмам, но намного проще в реализации.

В качестве квазиоптимальиых схем обработки сигналов с внутрибитовой ППРЧ могут применяться различные типы двухканальных демодуляторов с «мягким» и «жестким» порогом принятия решения [10-15]. Применение сигналов с ППРЧ и частотным разнесением символов может быть эффективным только при использовании в демодуляторах нормирования (взвешивания) принятых субсимволов [10-15].

Типовые структурные схемы таких демодуляторов изображены на рис.4.1,а-г, где представлены: демодулятор с квадратичным детектированием и линейным сложением выборок (рис.4.1,а); демодулятор с квадратичным детектированием и нелинейным сложением выборок (рис.4.1,б); демодулятор с квадратичным детектированием и нормированием выборок мягким ограничителем (рис.4.1,в); самонормирующийся демодулятор с квадратичным детектированием (рис.4.1,г).

Рис. 4.1.

На рис.4.1 обозначено: ПФ - полосовой фильтр; КД - квадратичный детектор; - весовой множитель; - выходные выборки КД огибаюшей, формируемые в момент времени , соответственно в канале «единица» и «нуль»; - выборки, полученные в результате нормирования; - статистики решения; - выходная статистика.

Общность рассматриваемых демодуляторов состоит в том, что они обеспечивают формирование выборок некогереитное сложение всех выборок ; выработку решения относительно принятого бита информации, энергия которого

где - мощность сигнала; - длительность бита; - длительность субсимвола (скачка частоты).

При этом в демодуляторе с нелинейным сложением для обеспечения нормирования выборок имеется дополнительный канал измерения мощности помехи и формирования весовых множителей вида на каждом скачке частоты. Демодулятор с таким видом нормирования называется демодулятором с адаптивной регулировкой усиления (АРУ). Нормирование квадратов огибающей в демодуляторе с ограничителем достигается выбором постоянного порога ограничения, уровень которого устанавливается исходя из обеспечения минимальной СВО на бит для заданного отношения сигнал-шум приемника и числа субсимволов при отсутствии помехи. В самонормирующемся демодуляторе нормирование выборок , производится за счет их умножения на весовой множитель вида:

(4.1)

формирование которого осуществляется дополнительной схемой нелинейной обработки.

Для выработки информационного решения в анализируемых демодуляторах используется схема с мягким порогом решения, в которой сначала осуществляется сложение субсимволов, а затем –выработка решения относительно принятого бита информации. Напомним, что в схеме с жестким порогом решения сначала вырабатываются частные решения относительно принятого субсимвола, а затем - решение в целом по всему биту информации.

Решение по принятому биту информации в каждом из демодуляторов принимается в соответствии со значением выходной статистики

, (4.2)

которое сравнивается с пороговым (нулевым) уровнем. При принимается решение в пользу символа 1, а при - в пользу символа 0. Решение будет принято с ошибкой, если при передаче символа 1 (сигнала на частоте ) окажется, что , и наоборот, при передаче символа 0 (сигнала на частоте ) - .

Анализ помехоустойчивости демодуляторов рассматривается применительно к сигналам с внутрибитовой ППРЧ и неслучайной двоичной ЧМ в условиях действия шумовой помехи в части полосы. В качестве модели подавления примем, что смежные каналы (каналы «единицы» и «нуля») при их равномерном распределении в общей полосе частот либо одновременно подавляются помехой с вероятностью , либо не подавляются с вероятностью . Таким образом, в данном бите информации помехой может быть подавлено из частотных элементов, . На остальные субсимволы воздействуют только собственные шумы приемника .

При выбранной модели подавления СВО на бит для СРС с ППРЧ и частотным разнесением бита в общем случае определяется из известного выражения

(4.3)

где - число сочетаний из по ; - УВО на бит в случае подавления помехой субсимволов из , которая зависит от типа демодулятора.

Из (4.3) следует, что анализ помехоустойчивости СРС с внутрибитовой ППРЧ заключается в нахождении УВО на бит и последующей оценке СВО на бит параметров и характеристик СРС и станции помех .

Шумовая помеха в части полосы, как было принято выше, может быть представлена в виде сосредоточенного по полосе гауссовского шума , мощность которого ограничена и равномерно распределена в полосе . При этом мощность помехи , воздействующей на каждый субсимвол в подавляемой полосе частот ,

, (4.4)

где - средняя спектральная плотность мощности шумовой помехи в пределах общей полосы , - полоса пропускания канала демодулятора.

Для анализа помехоустойчивости СРС действующий на входе демодулятора совокупный сигнал представим в виде:

(4.5)

- сигнал, несущий информацию,

, - случайные фазы, равномерно распределенные в пределах.

Так как было принято, что помеха и собственные шумы приемника являются гауссовскими процессами, то на выходе полосовых фильтров демодулятора, разделяющих частотные элементы символов (1 и 0) и имеющих прямоугольную АЧХ с полосой пропускания

и центральными частотами

, (4.6)

эти процессы можно представить в виде квадратурных составляющих:

(4.7)

где ,, , - статистически независимые гауссовские случайные величины со средним значением, равным нулю, и дисперсией

(4.8)

Используя результаты работ [9-15,50], выполним анализ помехоустойчивости СРС с внутрибитовой ППРЧ и неслучайной двоичной ЧМ для приведенных выше структурных схем типовых демодуляторов в условиях действия шумовой помехи в части полосы. Такая помеха при выбранной модели подавления СРС с ППРЧ может рассматриваться как нестационарная.