Анализ методов построения демодуляторов сигналов чт.

Методы демодуляции частотной манипуляции (FSK) могут быть разделены на две основные категории: демодуляция на основе частотного детектора и демодуляция на основе фильтров. Ранние разработки FSK демодуляторов основывались на частном детекторе, поэтому данная категория будет рассмотрена первой.

 Демодуляторы на основе частотного детектора обрабатывают частотно манипулированный сигнал как обычный частотно модулированный сигнал с двоичной модуляцией. На рисунке 3.1 показана блок-схема такого демодулятора.

Рисунок 3.1 – FSK демодулятор на основе частотного детектора.

Вначале сигнал подвергается фильтрации для подавления внеполосовых помех, затем сигнал ограничивается для устранения паразитной амплитудной модуляции. Ограниченный сигнал частотно детектируется для получения положительного выходного напряжения для частоты mark и отрицательного – для частоты space. Продетектированный сигнал подвергается низкочастотный фильтрации для подавления шумовых компонент на частотах выше скорости передачи данных, и, наконец, схема ограничителя (компаратор) преобразует положительное напряжение в уровень логической единицы, а отрицательное – в уровень логического нуля.

Данный тип демодулятора является очень популярным ввиду относительной простоты и некритичности в настройке.

Частотные детекторы не являются оптимальными в том смысле, что обеспечивают худшие параметры при детектировании сигнала, чем это теоретически возможно.

Демодуляция FSK на основе фильтров является попыткой оптимально согласовать параметры FSK сигнала со структурой демодулятора для минимизации уровня ошибок демодуляции. Упрощенный спектр для демодулятора на основе фильтров показан на рисунке 3.2.

Рисунок 3.2 – Упрощенный спектр FSK  сигнала при демодуляции с помощью фильтров.

Правильный выбор характеристик фильтров зависит не только от параметров сигнала, но и от характера помех.

Оптимальная демодуляция некогерентной FSK может быть осуществлена путем выделения огибающих выходных сигналов фильтров. Демодулятор это типа показан на рисунке 3.3.

Рисунок 3.3 – FSK демодуляция с помощью фильтров и детекторов огибающей.

Выходы фильтров сигналов mark и space поступают на детекторы огибающей, а затем сравнивают для обнаружения сигнала с большим уровнем. Временные диаграммы демодулятора при приеме по огибающей приведены на рисунке 3.4.

Рисунок 3.4 – Временные диаграммы демодулятора при приёме по огибающей.

 Информация о фазе при этом не требуется. С «правильной» формой АЧХ фильтров характеристики этого типа демодуляторов приближаются к теоретически оптимальным для некогерентной FSK. «Правильной» АЧХ фильтров для условий помех в виде белого шума является та, которая имеет форму, соответствующую спектру передаваемого сигнала, представленную на рисунке 3.4.

Рисунок 3.4 – Упрощенный спектр типичного FSK сигнала.

Существует еще один вид демодуляторов FSK сигнала – корреляционный демодулятор (приемник). Корреляционный приемник обнаруживает и идентифицирует сигнал, сравнивая его с опорным сигналом. Сравнение осуществляется вычислением коэффициента взаимной корреляции r принятого s(t) и опорного s_оп(t) сигналов за время передачи одного символа Т_s:

                                                     (3.1)

Где E_s –энергия сигнала, соответствующего одному символу.

В общем случае коэффициент корреляции может принимать значения от +1 при идентичных сигналах до -1 при противоположных (антиподных) сигналах. Структурная схема корреляционного приемника представлена на рисунке 3.5.

Рисунок 3.5 – Структурная схема корреляционного приемника.

На схеме: x(t) – входной сигнал, X – умножители, Г0, Г1 –генераторы опорных сигналов, необходимых для определения принятого символа в корреляционном приемнике, И – интеграторы, РУ – решающее устройство, которое формирует выходной демодулированный сигнал z(t). Перемножитель и интегратор являются ядром корреляционного приемника. Принятие решения о типе сигнала («0» или «1») производится в момент максимума выходного отклика коррелятора, представленного на рисунке 3.6.

 

 

Рисунок 3.7 – Вид сигнала на выходе коррелятора.

Максимум выходного отклика приходится на момент около длительности информационного символа.

Достоинством данной схемы является хорошая помехоустойчивость. Достоверность передачи данных характеризуется вероятностью ошибки p _ош, которая определяется исходя из отношения сигнал/шум в канале связи и мощности принимаемого сигнала. Для каналов с аддитивным белым гауссовым шумом при частотной манипуляции с ортогональными сигналами

                                                               (3.2)

где - энергия радиосигнала (U – амплитуда сигнала, T – его длительность), N ₀ – СПМ шума, Ф(x) – функция вероятности.