Детектирование манипулированных сигналов

При приеме непрерывных и дискретных первичных сигналов возникают различные задачи приема. В первом случае это задача восстановления сигналов (получение принятого первичного сигнала, наименее отличающегося от переданного), во втором - задача обнаружения сигналов (получение ответа на вопрос, имеется на входе приемника сигнал или нет) или их различения (получение ответа на вопрос, какой из образцов сигналов , , … или имеется на входе).

В приемнике (демодуляторе) дискретных сигналов производится обработка, детектирование, анализ сигналов и принятие решения о переданном сигнале.

Обработка состоит в таком преобразовании сигналов, чтобы они имели максимальное отличие от помех и друг от друга. Как правило, сводится к тем или иным методам фильтрации.

Детектирование – операция выделения информационного параметра переносчика. Для детектирования манипулированных сигналов могут быть использованы ранее рассмотренные детекторы. Допустимость искажения формы детектированных сигналов (ее восстанавливать необязательно, т.к. она известна) позволяет снизить требования к линейности детекторной характеристики. В некоторых случаях детектор может и вовсе отсутствовать.

Анализ параметров приходящих сигналов и принятие решения о переданном сигнале по их различию происходит в решающем устройстве. Для двоичных сигналов это обычно сравнивающее устройство.

Даже идеально проведенное детектирование еще не означает, что будет обеспечена хорошая демодуляция дискретных сигналов. Поэтому нецелесообразно отдельно рассматривать особенности детектирования манипулированных сигналов. Работу демодулятора нужно рассматривать в целом, что реализовано в теории помехоустойчивости приема.

 

ДЕТЕКТИРОВАНИЕ ИМПУЛЬСНО-МОДУЛИРОВАННЫХ (ИМ) И

ДЕКОДИРОВАНИЕ ЦИФРОВЫХ СИГНАЛОВ

Детектирование им сигналов

Особенностью ИМ сигналов является наличие в их спектре низкочастотных составляющих модулирующего сигнала, поэтому для их детектирования требуется выделить ФНЧ эти спектральные составляющие и не требуется нелинейных элементов.

Пусть модулирующий сигнал – гармоническое колебание с частотой F. Спектр АИМ содержит дискретные составляющие с частотами: 0, F, nf_д, nf_д + F. Амплитуда полезной составляющей спектра при АИМ:

,

где - амплитуда импульсов дискретизации;

- скважность импульсов дискретизации;

- индекс АИМ.

Если , то детектирование АИМ сигнала выполняет ФНЧ. Он выделяет компоненту спектра с частотой (полезную составляющую) и подавляет ближайшую к ней компоненту с частотой (мешающую).

Рисунок 25.1 – Структурная схема детектора АИМ сигнала при .

Если , то составляющая частоты модуляции в спектре АИМ сигнала мала. В этом случае детектирование осуществляется с помощью пикового детектора. Он позволяет получить больший по сравнению с ФНЧ уровень выходного сигнала. Пиковый детектор – АД, выходное напряжение которого пропорционально максимальному (пиковому) значению импульсов. Для работы детектора в пиковом режиме и отсутствия искажений детектируемого сигнала постоянная времени нагрузки детектора должна удовлетворять неравенствам:

,

где - период следования импульсов;

- максимальная частота спектра модулирующего сигнала.

Рисунок 25.2 – Структурная схема детектора АИМ сигнала при .

Перед детектированием всех остальных видов импульсной модуляции для повышения их помехоустойчивости осуществляется регенерация (восстановление формы импульсов). Для этого амплитудным ограничителем (АО) производится двустороннее ограничение импульсов на уровнях, близких к половине пикового значения импульсов. Это уменьшает влияние импульсных помех, устраняет флуктуационный шум в интервале между импульсами и в середине импульсов. Остаются влияния шума на фронты импульсов (вызывают сдвиг фронтов во времени) и мощных импульсных помех (вызывают дополнительные ложные импульсы).

Рисунок 25.3 – Регенерация ИМ сигналов: а - ИМ сигнал без помехи; б - смесь ИМ сигнала и помехи; в - регенерированный ИМ сигнал.

Спектр при ШИМ и ЧИМ богаче, чем при АИМ и содержит дискретные составляющие с частотами: 0, F, nf_д, nf_д + mF. Амплитуда полезной составляющей спектра при ШИМ:

,

где - индекс ШИМ.

Амплитуда составляющей частоты модуляции при ШИМ и ЧИМ значительно превышает амплитуды соседних по спектру мешающих составляющих, поэтому детектирование ШИМ и ЧИМ осуществляется ФНЧ.

Рисунок 25.4 – Структурная схема детектора ШИМ и ЧИМ сигналов.

Спектр при ФИМ содержит дискретные составляющие с частотами: 0, F, nf_д, nf_д + mF. Амплитуда полезной составляющей спектра:

,

где - максимальное смещение фронта импульса при модуляции.

Из выражения следует, что уровень полезной составляющей незначителен и зависит от частоты модуляции, поэтому детектирование ФИМ сигнала не может осуществляться ФНЧ. Сигналы ФИМ сначала преобразуются в АИМ или ШИМ сигналы, которые затем детектируются ФНЧ.

Рисунок 25.5 – Структурная схема детектора ФИМ сигналов.