Ce este un demodulator? Detector de amplitudine (demodulator). Studiul coerentei optime

Detector de amplitudine servește la evidențierea anvelopei de amplitudine a unui semnal radio de înaltă frecvență. În prezent, acestea sunt de obicei implementate pe sau în software în procesoarele de semnal.

Cu toate acestea, pentru a completa imaginea, luați în considerare circuitul unui detector de amplitudine care vă permite să convertiți valorile amplitudinii unui semnal de înaltă frecvență în oscilații de joasă frecvență. Inițial, amplitudinea oscilațiilor de înaltă frecvență a fost izolată pe dispozitive electronice cu o caracteristică curent-tensiune neliniară, cum ar fi diodele semiconductoare și tranzistoarele. Caracteristica curent-tensiune (caracteristica volt-ampere) a elementului neliniar necesar pentru detectarea amplitudinii este prezentată în Figura 1.

Figura 1. Caracteristica curent-tensiune a unui element neliniar necesar pentru detectarea modulației de amplitudine

Când un semnal modulat în amplitudine trece printr-un dispozitiv electronic cu caracteristica curent-tensiune prezentată în Figura 1, apare o componentă în curentul de ieșire care este proporțională cu amplitudinea semnalului de intrare. Proces de detectare activat dispozitiv electronic cu o caracteristică curent-tensiune similară este explicată în Figura 2.

Figura 2. Procesul de detectare a unui semnal modulat în amplitudine pe o caracteristică liniară curent-tensiune

Caracteristicile actuale curent-tensiune ale elementelor neliniare (cum ar fi diodele semiconductoare sau tranzistoarele) utilizate în detectoarele de amplitudine diferă semnificativ de caracteristica I-V necesară. Rezultatul este un detector care este în esență neliniar. Caracteristicile curent-tensiune ale acestor dispozitive electronice arată o treaptă în regiunea de 0,2 ... 0,8 V. Diodele Schottky și diodele inverse au cea mai mică treaptă. Aceste diode sunt folosite în demodulatoarele de amplitudine. Un exemplu de caracteristică curent-tensiune a unei diode Schottky semiconductoare este prezentat în Figura 3.

Figura 3. Caracteristica curent-tensiune a unei diode semiconductoare

Un exemplu de diagramă schematică a unui detector de amplitudine realizat pe o diodă semiconductoare este prezentat în Figura 4. Circuitele de voltmetru AC sunt, de asemenea, construite folosind astfel de circuite.

Figura 4. Diagrama schematică detector de amplitudine

Cu o adâncime de modulație de m = 0,5, distorsiunile neliniare ajung la 10%, iar cu m = 1 - deja 25%. Acest nivel de distorsiune neliniară este inacceptabil pentru echipamentele moderne. Un grafic al dependenței distorsiunilor neliniare de adâncimea modulației în detectorul de diode este prezentat în Figura 5.

Figura 5. Dependența distorsiunilor neliniare de adâncimea modulației într-un detector cu diodă

În prezent, detectoarele sincrone sunt utilizate în mod obișnuit ca detectoare de amplitudine. Unitatea principală a unui detector sincron este multiplicatorul analogic (). Pentru ca multiplicatorul să transfere spectrul semnalului de frecvență intermediară la frecvența zero (efectuează demodularea în amplitudine a semnalului), este necesar să se aplice o tensiune de frecvență intermediară cu o fază care coincide cu faza semnalului primit la a doua. intrarea multiplicatorului analogic. Principiile de funcționare ale unui detector sincron au fost discutate în detaliu atunci când au fost discutate principiile de funcționare.

În acest circuit, este foarte important ca semnalul care ajunge la una dintre intrările multiplicatorului, asamblat pe tranzistoare, să aibă o amplitudine constantă. Numai în acest caz semnalul de la ieșirea circuitului va fi proporțional cu amplitudinea semnalului de intrare. Dacă se modifică amplitudinea semnalului la ambele intrări ale multiplicatorului, atunci vom obține un detector de amplitudine pătratică, al cărui semnal de ieșire va fi proporțional nu cu amplitudinea semnalului, ci cu puterea acestuia.

Pentru a izola semnalul de referință, receptoarele radio moderne folosesc un amplificator limitator. La ieșirea amplificatorului limitator este generat un semnal de frecvență intermediară cu formă dreptunghiulară și amplitudine constantă. Acest semnal este transmis la una dintre intrările multiplicatorului de semnal. Un semnal de frecvență intermediară modulată în amplitudine nelimitată este furnizat la a doua intrare a multiplicatorului de semnal. Nivelul său este menținut la un nivel constant. Schema bloc a unui astfel de detector de amplitudine este prezentată în Figura 6.

Figura 6. Diagrama bloc a unui detector de amplitudine bazat pe un multiplicator de semnal analogic

Diagramele de timp ale semnalelor la intrările și la ieșirea multiplicatorului de semnal al circuitului detector de amplitudine sincronă sunt prezentate în Figura 7.

Figura 7. Diagrame de timp ale semnalelor la intrările și ieșirile multiplicatorului

După cum se poate vedea din diagramele de timp date ale semnalelor, nu există nicio distorsiune la ieșirea circuitului. Un exemplu de diagramă schematică a unui demodulator de amplitudine, realizat conform unui circuit detector sincron, este prezentat în Figura 8.

Figura 8. Schema circuitului unui detector AM folosind un multiplicator de semnal analogic

În acest circuit detector de amplitudine, este furnizată o intrare a detectorului semnal amplificat cu modulație de amplitudine, iar același semnal este trimis către cealaltă intrare, dar limitat în amplitudine. Ca urmare, tensiunea modulului de semnal de intrare (amplitudinea semnalului de intrare) apare la ieșirea circuitului.

Un circuit similar de detectoare de amplitudine este adesea folosit ca parte a circuitului receptoarelor radio moderne. Ca exemplu, Figura 9 prezintă schema de conectare pentru microcircuitul receptorului AM TDA1072.

Figura 9. Schema circuitului unui receptor AM pe cipul TDA1072

În acest circuit, toate blocurile receptor radio discutate anterior sunt situate pe un singur cip. La intrarea microcircuitului, semnalul este trimis la un amplificator de radiofrecvență, apoi este alimentat la un mixer cu tranzistor echilibrat. De la ieșirea mixerului echilibrat (pinii 1), semnalul este transmis printr-un filtru piezoceramic de frecvență intermediară la intrarea unui amplificator de frecvență intermediară (pinii 3 și 4), conectat la un detector de amplitudine echilibrată. După amplificarea semnalului demodulat cu un amplificator de joasă frecvență, semnalul audio este îndepărtat de la pinul 6. Pentru a monitoriza nivelul semnalului primit, un ampermetru poate fi conectat la al nouălea pin al microcircuitului, care se transformă într-un indicator de nivel folosind rezistenta RL9.

Data ultima actualizare dosar 14.11.2012

Literatură:

1. „Proiectarea dispozitivelor de recepție radio” ed. A.P. Siversa M., " facultate" 1976 p. 37-110
2. „Dispozitive de recepție radio” ed. Jukovski M. „Radioul sovietic” 1989 p. 8 - 10
3. Palshkov V.V. „Dispozitive de recepție radio” - M.: „Radio și Comunicare” 1984 p. 12 - 14

Împreună cu articolul „Detectorul de amplitudine (demodulator)” citiți:

Pentru a determina faza unei oscilații necunoscute, este necesar un punct de referință care va determina originea. De obicei, acest punct de plecare este...
https://site/WLL/FazDet/

Sarcina de a izola legea modificării frecvenței de un semnal primit este întâlnită foarte des. Această problemă apare atât la recepționarea semnalelor analogice, cât și la recepționarea semnalelor cu metode de modulație digitală...
https://site/WLL/FrDet/

Aceleaşi. Acum putem vorbi despre demodulator. Tema demodulării este foarte voluminoasă și merită mai mult de o carte. Voi încerca să subliniez pe scurt arhitectura demodulatorului și scopul blocurilor principale. Sper că acest articol va fi un bun punct de plecare pentru cineva.

Date inițiale:

1. Fișier de semnale digitizate de la ieșirea receptorului într-o bandă largă de frecvență. De exemplu, aveți un ADC cu o frecvență de eșantionare de 200 MHz. Cu un astfel de ADC puteți digitiza semnale într-o lățime de bandă de până la 100 MHz. Apoi, în modul amânat, analizați și demodulați toate semnalele din acest fișier.

2. Parametrii semnalului obținuți în urma analizei preliminare:

• Rata de eșantionare ADC
• Capacitate ADC
• frecvență purtătoare
• frecvența ceasului
• tip de modulație

Diagrama bloc a unui demodulator în cuadratura

Frecvența de eșantionare a semnalului în ADC nu este un multiplu al frecvenței de ceas a semnalului și poate exista mai mult de un semnal în fișierul digitizat (până la 300). Din aceste motive, schema bloc a demodulatorului are forma prezentată în Fig. 1.

Orez. 1. Schema bloc a unui demodulator coerent

Scopul, compoziția, principiul de funcționare a modulelor compozite

1. Modul pentru citirea dintr-un fișier. Totul este simplu aici. De exemplu, fișierul stochează mostre ADC pe 16 biți. Demodulatorul funcționează cu numere de dublă precizie. Modulul este conceput pentru a citi mostre ADC dintr-un fișier și a le converti în format dublu. Trebuie remarcat faptul că aici există o subtilitate. Următorul modul este un filtru FFT care folosește transformarea Fourier rapidă, pentru care este necesar ca dimensiunea blocurilor procesate să fie un multiplu al unei puteri de 2. De exemplu, 218 = 262144 mostre ADC.

2. filtru FFT. După cum am spus deja, fișierul stochează semnale într-o anumită bandă de frecvență. Pot exista o mulțime de astfel de semnale într-un fișier. Pentru munca in continuare Cu un semnal, trebuie mai întâi să-l „tăiați”, eliminând toate semnalele inutile. Filtrarea domeniului de frecvență este cea mai potrivită în acest scop. Pentru a spune foarte simplu, operația de filtrare constă din 3 părți:
— Se efectuează o transformată Fourier directă pentru a obține spectrul semnalului;
— Reducerea la zero a frecvențelor în exces în spectrul semnalului. Din moment ce știm frecvența purtătoarei și lățimea spectrului semnalului, acest lucru nu este dificil;
— Se realizează transformata Fourier inversă.

Ca rezultat, primim un semnal filtrat. Pentru a spune simplu, există mai multe subtilități. Cert este că, deoarece nu avem de-a face cu un semnal infinit, ci cu blocuri de lungime finită, la marginile blocului apar distorsiuni ale semnalului. Pentru a scăpa de distorsiuni, este necesară filtrarea blocurilor cu suprapunere (suprapunere). Puteți citi mai multe despre acest lucru în articolul Analiză FFT, unde autorul vorbește despre filtrarea FFT.

3. Generator de cuadratura. Sarcina acestui modul este foarte simplă, la fel ca și implementarea sa - este transferul spectrului de semnal la frecvența zero și formarea componentelor în cuadratura I și Q. Trebuie să înțelegeți că un semnal filtrat este furnizat la intrarea blocului. . Din punct de vedere matematic, totul pare foarte complicat. Cei interesați pot citi în cartea „Comunicare digitală” a autorului Prokis J. p. 287 din partea de jos a paginii începând cu cuvintele „Semnalul QAM și PM cu mai multe poziții pot fi reprezentate astfel”.

Cu propriile noastre cuvinte, pe partea de transmisie, spectrul de semnal a fost format din 2 componente de cuadratura I și Q, iar sarcina noastră pe partea de recepție a fost să le recepționăm. Acest lucru se face foarte simplu. La început semnal de înaltă frecvențăînmulțit cu o purtătoare cu o frecvență egală cu purtătoarea de semnal. Ce se întâmplă când înmulți? Componentele armonice a două semnale se adună, se scad etc. Ne interesează scăderea lor. Dacă presupunem că frecvențele semnalelor multiplicate sunt egale, atunci când scădem obținem 0. Astfel, obținem un transfer al spectrului semnalului la 0. La înmulțire, obținem o grămadă de alte componente armonice de care nu avem nevoie. . Cum să scapi de ele va fi descris mai jos. Așa am obținut prima componentă de cuadratura. Pentru a obține cel de-al doilea, este necesar să se înmulțească același semnal de înaltă frecvență de către purtător, dar acum decalat în fază cu 90°.

În cazul meu, această schemă a suferit o schimbare și a trebuit să adaug un comutator. Faptul este că răspândirea frecvențelor de ceas a semnalului este atât de mare încât în ​​unele cazuri este necesară decimarea semnalului în altele prin interpolare. In functie de valoare frecvența ceasului este selectat unul dintre cele două lanțuri de procesare.

Sarcina mea a fost să dezvolt o schemă care să rezolve ambele probleme simultan, deoarece sunt strâns legate între ele. Faptul este că decimarea nu este posibilă fără filtrarea trece-jos.

Câteva cuvinte despre decimare. Nu puteți pur și simplu să aruncați (înlăturați) mostre suplimentare din semnal.

Orez. 2. Principala regulă de decimare

Totul părea simplu. Dacă trebuie să reduceți rata de eșantionare la jumătate, atunci pur și simplu ștergeți rapoartele după unul. Dacă de trei ori, atunci renunți la fiecare al treilea număr, etc. Dar nu a fost cazul. Pentru a implementa decimarea, este necesar să se îndeplinească condiția ca semnalul inițial să nu conțină frecvențe care depășesc frecvența Nyquist a semnalului decimat, în caz contrar, aliasing (aliasing-ul spectrelor) va avea loc în timpul decimării.

De exemplu, există un semnal cu o frecvență de eșantionare de 10 MHz, atunci frecvența Nyquist va fi egală cu 5 MHz (Figura 3, a). Să presupunem că trebuie să decimăm cu un factor de 2. În acest caz, noua frecvență de eșantionare va fi egală cu 10 / 2 = 5 MHz, iar noua frecvență Nyquist va fi egală cu jumătate din noua frecvență de eșantionare 5 / 2 = 2,5 MHz (Figura 3 b). Astfel, pentru a nu introduce distorsiuni în semnalul asociat cu aliasing, este necesar, înainte de procedura de subțiere (înlăturare), să se efectueze filtrarea trece-jos cu un filtru a cărui bandă de trecere să fie mai mică decât noua frecvență Nyquist (Figura 3 p. . c).

Orez. 3. Exemplu de decimare de 2 ori

Se pare că am rezolvat filtrarea armonicilor laterale.

A doua problemă nerezolvată este că frecvența de eșantionare nu este un multiplu al frecvenței de ceas și numărul de mostre ADC pe ceas nu este constant. Dacă aceste probleme sunt rezolvate, atunci circuitul demodulator suplimentar va deveni universal și nu va depinde de frecvența de ceas a semnalului. Ca rezultat al cercetărilor, am ajuns la concluzia că 10 eșantioane per ciclu de ceas este suficient pentru procesarea ulterioară a semnalului.

Să aruncăm acum o privire mai atentă la partea stângă a blocului. Vedem că sunt folosite 2 cascade de decimare. Acest lucru se face deoarece, dacă frecvența de ceas a semnalului este mică, atunci coeficientul de decimare devine atât de mare și frecvența Nyquist devine atât de scăzută încât este dificil să implementați un filtru trece-jos. De exemplu, cu o rată de eșantionare de 200 MHz și o frecvență de ceas a semnalului de 20 KHz, avem 200 MHz / 20 KHz = 10.000 de mostre pe ceas. Împărțim numărul rezultat la 10, deoarece dorim să obținem o rată de eșantionare fixă ​​de 10 * Ft la ieșire. Obținem valoarea 10000 / 10 = 1000. În acest caz, trebuie să decimăm cu 1000! dată.

Pentru a rezolva această problemă, a fost dezvoltată o schemă de decimare pas cu pas constând din 2 cascade. Cu această abordare, se înmulțesc coeficienții de decimare ai cascadelor. Adică, pentru a implementa o decimare de 1000 de ori, sunt suficiente 2 cascade cu o decimare de 25 și 40 Dacă coeficientul de decimare nu este mare, atunci este utilizată o singură cascadă. Coeficienții de decimare sunt selectați astfel încât să aducă frecvența finală de eșantionare cât mai aproape de 10*Ft.

6. Module care funcționează la o frecvență de 10*Ft.Începând din această etapă, toate modulele demodulatoare funcționează în aceleași condiții, indiferent de condițiile inițiale. Acest lucru este foarte convenabil pentru depanare și vă permite să utilizați următoarele module pentru diverse soluții. De fapt, înainte de aceasta au existat etape pregătitoare. Acum începe demodularea. Această soluție este, de asemenea, convenabilă deoarece etapele anterioare pot fi aruncate dacă aveți mostre complexe ale semnalului digitizat cu o frecvență de eșantionare egală cu 10*Ft. Adică, este posibil să se aplice o schemă de demodulare atunci când filtrarea semnalului, formarea în cuadratură și decimarea sunt efectuate în hardware. Această soluție va crește viteza de demodulare cu ordine de mărime.

De ce 10*ft? Numărul 10 a fost obținut în urma experimentelor. Am vrut să îmbunătățesc calitatea defazatorului și a filtrului potrivit, dar să nu pierd prea mult în viteza de procesare.

7. Amplificator. Efectuează operațiunea de înmulțire a probelor de semnal cu valoarea primită de la ieșirea sistemului automat de control al câștigului (AGC).

8. Schimbător de fază. La determinarea parametrilor semnalului, am primit o eroare la determinarea frecvenței purtătoarei și o eroare în faza inițială. O eroare în determinarea frecvenței semnalului duce la faptul că punctele de pe constelația semnalului se rotesc constant. Sensul de rotație (în sensul acelor de ceasornic sau în sens invers acelor de ceasornic) depinde de semnul erorii. Să presupunem că am determinat frecvența semnalului fără eroare sau am eliminat eroarea, dar nu cunoaștem faza inițială a semnalului. O eroare în determinarea fazei inițiale duce la faptul că constelația de semnal va fi înclinată cu un unghi egal cu eroarea de determinare. Modulul defazator elimină aceste erori. Sarcina sa este de a preveni rotirea și înclinarea constelației de semnal. Defazatorul funcționează constant, deoarece frecvența purtătoare a semnalului poate să nu fie constantă.

9. Filtru potrivit. La transmiterea semnalelor, există întotdeauna o luptă între viteza de transmisie și lățimea spectrului de semnal. Faptul este că, cu cât viteza de transmisie este mai mare, cu atât spectrul de semnal este mai larg. În sistemele de transmisie a datelor, costul serviciului furnizat depinde de lățimea spectrului de semnal. Există o altă latură a problemei. Semnalele sunt transmise prin canale de comunicație digitale în impulsuri dreptunghiulare. Un impuls dreptunghiular are un spectru infinit. Un caz extrem de transmisie de date este atunci când „0” și „1” (undă pătrată) sunt transmise secvenţial. Spectrul meandrelor este proporțional cu funcția sinc(x).

Pentru a reduce lățimea spectrală pe partea de transmisie, semnalul este filtrat pentru a elimina componentele de înaltă frecvență, dar filtrarea are ca rezultat interferență intersimbol. Dacă cunoașteți legea (regula) de filtrare, atunci pe partea de recepție puteți efectua o transformare inversă care va elimina efectele dăunătoare ale interferenței intersimbol. Aceasta este ceea ce face filtrul potrivit.

10. Decimator cu 5. Reduce frecvența de eșantionare de la 10*Ft la 2*Ft. Astfel, factorul de decimare este 5.

11. Module care funcționează la o frecvență de 2*Ft. Din această etapă, toate modulele demodulatoare funcționează la 2*Ft (dublă viteza ceasului). 2*Ft este frecvența minimă la care pot funcționa corectorul adaptiv și rezolvatorul.

12.Corector adaptiv. Ca urmare a trecerii semnalului prin atmosferă sau, de exemplu, datorită reflectării semnalului din clădiri, i se suprapune interferențe neliniare, ale cărei caracteristici sunt strâns legate de caracteristicile canalului de transmisie a datelor. Scopul egalizatorului adaptiv este de a calcula caracteristicile canalului de transmisie a datelor și de a elimina influența acestuia asupra calității semnalului.

13. Luarea unei decizii. Sarea demodulatoare. Aici se ia o decizie cu privire la punctul acceptat pe constelația de semnal. Punctul acceptat este „atras” de punctul de referință conform criteriului distanței minime. Folosind două puncte din plan (acceptat și de referință), erorile sunt calculate pentru sistemul de control automat al câștigului, sistemul de recuperare a purtătorului și sistemul de recuperare a ceasului.

14. Bucle feedback. Pentru amplificator (7), sistemul automat de control al câștigului (AGC) calculează coeficientul cu care semnalul trebuie înmulțit pentru ca acesta să se încadreze complet în constelația semnalului. Pentru defazatorul (8), sistemul de recuperare a purtătoarei (CRS) calculează eroarea în determinarea frecvenței purtătoarei și a fazei sale inițiale. Pentru blocurile de decimare (5), sistemul de sincronizare a ceasului calculează eroarea în determinarea frecvenței de ceas și a fazei sale inițiale.

Asta pare să fie tot. S-a dovedit chiar mai mult decât am plănuit. Sper cu adevărat că cunoștințele mele vor fi de folos cuiva.

În general, un demodulator de semnal cu deplasare de fază este un PD, dintre care o intrare primește un semnal modulat, iar cealaltă primește un semnal de la o sursă de oscilație de referință. Pentru a detecta un semnal cu patru valori de fază sunt necesare două PD-uri, la care semnalul de intrare ajunge cu aceeași fază, iar semnalele de la sursa de oscilație de referință sunt defazate cu 90° unul față de celălalt. La demodularea semnalelor cu un PPM, este necesar să se compare fazele semnalului recepționat în două intervale de timp de ceas adiacente.

Din cauza de mare viteză modulație, demodulatoarele semnalelor OFM au o serie de caracteristici. Demodularea se efectuează pe IF și este necesar să se creeze o cale cu o lățime de bandă de 500-1000 MHz.

Demodulatorul de semnale OFM-4 transmise cu o viteză de 200 Mbit/s folosește un circuit PD cu 3 dB QNO, format din două cuple direcționale cu comunicație distribuită (8,34 dB fiecare). Acest circuit folosește doar două diode. Are caracteristici bune de impedanță și sensibilitate ridicată. Pentru a îmbunătăți potrivirea, patru diode pot fi folosite aici.

Dacă demodularea este efectuată la o frecvență intermediară, atunci se poate aplica controlul automat al frecvenței (ACH) oscilator local Figura prezintă schema bloc a receptorului. Semnalul de intrare împreună cu semnalul oscilatorului local ( Obţine.) merge la mixerul step-down (Cm.), iar după amplificare în amplificator - la intrarea demodulatorului de semnal (Dmd)și detector AFC (Det. AHR). Demodulatorul este un PD în care semnalul de la linia de întârziere, întârziat de durata intervalului de ceas, este folosit ca oscilație de referință. Frecventa intermediara F DACA exact de cinci ori viteza ceasului F T, Prin urmare, circuitul detector AFC este similar cu circuitul demodulator, dar întârzierea este efectuată de valoarea intervalului de ceas plus p/2. Semnalele de la dispozitivul de regenerare și de la detectorul AFC intră în circuitul AFC și formează un semnal de control local al oscilatorului la ieșire, care îl rearanjează astfel încât să mențină constant F IF = 5F T.

SCHEMA DE RESTAURARE A PORTATORULUI SI PARAMETRII SEI

Absența unei componente de frecvență purtătoare în spectrul semnalului OFM necesită restabilirea acesteia în receptor pentru a realiza o detecție coerentă. Dintre schemele cunoscute de restaurare a purtătorului în DSP-urile de mare viteză din gama de microunde, cea mai utilizată este schema de remodulație (uneori sunt folosite denumirile: o schemă cu un remodulator, cu un modulator invers sau de restaurare). Figura prezintă o diagramă bloc a unui demodulator, în care se realizează detectarea coerentă a semnalului OFM-4, iar ca VNA este utilizat un circuit cu remodulație și o buclă de blocare a fazei. Semnalul de intrare de la amplificator este transmis la un detector de fază cu patru poziții (4-PD) și printr-o linie de întârziere

L31 pe 4-FMD, ale căror două intrări digitale sunt alimentate cu semnale detectate cu o ieșire 4PD. PD-ul inelului PLL primește semnale de la purtătorul restaurat și de la generatorul de tensiune de control (VCO) prin linia de întârziere L32 și de la ieșirea 4-PMd. Semnalul de control VCO este generat de PD și de filtrul inelului PLL. Acest circuit conține un minim de elemente care determină timpul de întârziere al inelului PLL, funcționarea acestuia nu depinde de sincronizarea frecvenței de ceas.

UNELE APLICAȚII ALE MODULATORILOR ȘI DEMODULATORILOR OPM

Pentru a crește volumul informațiilor transmise, menținând în același timp o viteză de modulație constantă, se propune utilizarea unui semnal de modulație de amplitudine-fază cu 16 nivele. Modulatorul de semnal este format din două unități 4-PSM, care primesc semnale digitale, două pentru fiecare și un semnal de la generatorul purtătorului. Semnalele modulate sunt însumate, iar cazul optim pentru detecție este atunci când unul dintre semnalele însumate este cu 6 dB mai mic decât celălalt. Rezultatul este un semnal AFM cu 16 niveluri, al cărui spațiu de semnal este prezentat în figură. În timpul detectării, se efectuează operații inverse, care pot fi implementate într-un demodulator folosind EHF cu modulație secundară. Figura prezintă o diagramă bloc a unui astfel de demodulator. Sosește semnalul de intrare „și primul detector de fază cu patru poziții (4-PD1) împreună cu oscilația de referință a purtătorului restaurat de la VCO, la ieșirea dispozitivului de regenerare obținem două secvențe transmise cu amplitudine mai mare. Aceleași secvențe, simultan cu semnalul de la VCO, sunt trimise către 4-FMD, care efectuează modularea a doua oară. Folosind semnalul de la 4-PDM și intrarea inelului PLL la ieșirea PD, este generat un semnal de control VCO și, atunci când este scăzut, un semnal este furnizat către 4-PD2 împreună cu semnalul de oscilație de referință și formează alte două secvențe transmise la ieșirile sale.

Din analiza literaturii de specialitate, o tendință spre dezvoltarea vitezei mari sisteme digitale comunicații cu raza de microunde cu diverse tipuri modularea fazei purtătoare. Dezvoltarea gamei de unde milimetrice și cvasimilimetrice impune cerințe mari pentru proiectarea dispozitivelor care efectuează modularea și demodularea de mare viteză a fazei semnalului. Se pot distinge următoarele direcții principale de proiectare:

– modularea fazei purtătoare a zonelor de unde milimetrice și cvasimilimetrice la viteze de până la 250 Mbit/s folosind p-i-n-diode;

– modularea fazei semnalului în intervalul 1-2 GHz la viteze de până la 400 Mbit/s folosind DBS;

– utilizarea unor metode de modulație similare la transmiterea informațiilor folosind metoda OFM în CRRL cu o frecvență intermediară de 140 MHz;

– utilizarea în proiectarea elementelor MPL fabricate folosind tehnologia stratului subțire;

– detectarea coerentă a unui semnal modulat în fază de bandă largă în intervalul 1-2 GHz, inclusiv cazurile în care spectrele semnalelor de intrare și ale semnalelor detectate sunt situate aproape unul de celălalt;

– crearea unui circuit de recuperare a purtătoarei care, cu o bandă largă de achiziție, are un raport semnal-zgomot mare al purtătoarei recuperate și o mică eroare de fază în stare staționară;

– utilizarea unor tipuri de modulație care permit creșterea volumului informațiilor transmise într-un canal radio și îmbunătățirea caracteristicilor de detectare a semnalului.

DEMODULATOR RSP DIGITAL

Demodulatorul este cel mai complex nod al RSP-ului digital, care determină indicatorii de calitate ai căii de transmisie în ansamblu.

La demodularea sistemelor cu OPM se folosesc atât metode coerente, cât și incoerente.

Algoritm optim(Figura a)

se folosește un filtru potrivit SF cu o funcție de transfer conjugată complex cu densitatea spectrală a semnalului S(t) sau un corelator care conține un generator de oscilație de referință Гк, un multiplicator și un integrator cu resetare în momentul de față t 0 =T(Figura b)). Construcția acestor circuite ridică dificultăți semnificative datorită obținerii unei tensiuni de referință coerente. În circuitele reale (Figura 18 c)) în care tensiunea de referință este obținută folosind un circuit de restaurare a purtătorului coerent VKN și în locul unui integrator ideal cu resetare, se folosește un filtru trece-jos cu o lățime de bandă de 1,2 V C (V C este frecvență egală numeric cu viteza de transmisie). Ca dispozitiv decisiv este folosit un regenerator de semnal binar, care include circuite pentru izolarea semnalului de ceas. Decizia cu privire la recepționarea unui semnal 0 sau 1 se ia la mijloc La impulsul.

SCHEMA PENTRU RESTAURAREA UNUI PORTATOR COERENT

Principalele scheme sunt:

Un circuit pentru multiplicarea semnalului PM în conformitate cu multiplicitatea sistemului pentru a elimina modulația.

Circuit Costas care conține un generator de semnal purtător de referință reglabil controlat de un semnal de eroare obținut prin compararea polinoamelor digitale de intrare și de ieșire ale regeneratorului.

Schema coerentă de recuperare a transportatorului Siforov. O variație a circuitului Costas este un demodulator în care semnalul oscilatorului de control al purtătorului de referință este modulat de semnalele regeneratoarelor, iar semnalul de eroare este determinat prin compararea celor de intrare și de restaurare.

Semnalul OFM-2 este pătrat și comparat în bucla PD a PLL cu semnalul generatorului IF prin tensiunea de control VCO, a cărei frecvență este de asemenea înmulțită cu două.

Schema de modulație inversă. Semnalul manipulat S(t) este primit la intrarea modulatorului IF MD, iar secvența în care este simbolul invers generat la ieșirea FD la intrarea în bandă de bază. Semnalul IF restabilit în acest fel este furnizat către PD al sistemului PLL, unde este comparat cu semnalul VCO.

În sistemele cu viteză mică, se utilizează uneori recepția simplă de autocorelare a semnalelor cu OPM. Un semnal IF întârziat de durata semnalului de ceas PM este utilizat ca semnal oscilator de referință.

Schema bloc a demodulatorului de autocorelare OFM-2 este prezentată în figură.

Demodulator- un dispozitiv radio conceput pentru a izola un semnal de informare de o oscilatie HF modulata. Procesul de obținere a unei tensiuni (curent) variind conform legii de modulație dintr-o tensiune modulată frecventa inalta numită demodulare (detecție). În funcție de tipul de modulație din partea de transmisie, demodularea de amplitudine, frecvență sau fază se realizează în demodulator.

Demodulatoare de amplitudine. Demodulatoarele de amplitudine sunt proiectate pentru a converti un semnal RF modulat în amplitudine într-o tensiune care variază în funcție de legea modulației. Sunt utilizați ca detectori principali ai semnalului recepționat și sunt partea principală a demodulatoarelor de fază și frecvență. Demodularea amplitudinii se realizează în sisteme neliniare, care constau dintr-un element rezistiv neliniar (diodă) și un circuit pasiv liniar, care este sarcina demodulatorului. La demodularea impulsurilor, una dintre sarcini este: anvelopa impulsurilor, selectarea anvelopei secvenței de impulsuri. În primul caz, impulsurile sunt obținute la ieșirea demodulatorului de amplitudine DC(impulsuri video), prin urmare un astfel de modulator este numit și detector video (modulator video), în al doilea, tensiunea de ieșire este proporțională cu valoarea maximă a amplitudinii (vârf) și demodulatorul se numește vârf. În prezent, detectorii sincroni sunt de obicei utilizate ca detectoare de amplitudine. Unitatea principală a unui detector sincron este un multiplicator analogic (mixer de frecvență). Pentru ca multiplicatorul să transfere spectrul semnalului de frecvență intermediară la frecvența zero (efectuează demodularea în amplitudine a semnalului), este necesar să se aplice o tensiune de frecvență intermediară cu o fază care coincide cu faza semnalului primit la a doua. intrarea multiplicatorului analogic.

Demodulatoare de frecvență. La demodularea unui semnal cu tastă de schimbare a frecvenței, se folosesc detectoare de frecvență (demodulatoare). Un circuit tipic al unui demodulator de frecvență este o combinație de filtre de separare și un detector de amplitudine. este demodulat, iar ieșirea este secvența originală (demodulată) de impulsuri În demodulatoarele digitale de frecvență, acesta este implementat principiul clasificării semnalelor primite după frecvență pe baza măsurării duratei semiciclului (sau perioadei) a semnalului primit. . Pe baza măsurării duratei semiciclului în timpul modulării binare, dispozitivul de decizie identifică semiciclul primit cu una dintre valorile polarității semnalului. Astfel, semnalul FM real este împărțit în segmente elementare de semnal care conțin semiciclul oscilației purtătorului. Determinarea limitelor elementelor individuale se realizează cu o precizie care nu depășește durata unui segment elementar de semnal. O variație a metodei de măsurare a duratei unui semiciclu (perioada) a unui semnal recepționat este metoda de măsurare a diferenței de incursiune de fază a fiecărei oscilații curente în raport cu perioada anterioară.

Demodulatoare de fază. La demodularea unui semnal modulat în fază, se folosesc detectoare de fază (demodulatoare). Un detector de fază este un dispozitiv a cărui tensiune de ieșire depinde de diferența de fază dintre două tensiuni comparate de aceeași frecvență. Aceste. Semnalele cu aceeași frecvență trebuie să fie furnizate la intrarea detectorului. Un semnal este un semnal cu deplasare de fază (de la corespondent), iar al doilea este o formă de undă de referință (generată la stația de referință). Baza circuitului detector de fază este: comutator; detector de amplitudine. Aplicarea unui demodulator fază-frecvență (FD) Utilizarea tradițională a FD este în sistemele de control al servofrecvenței, unde FD, împreună cu un generator de frecvență variabilă controlat de tensiune (VCO), este inclus într-o buclă de feedback negativ. Semnalul de referință pentru acest sistem de control automat este frecvența semnalului de intrare, iar PD este un dispozitiv de comparare. Un zero este introdus suplimentar în funcția de transfer a filtrului trece-jos instalat la ieșirea PD în fața VCO pentru a asigura o marjă de stabilitate a fazei. În cel mai simplu caz, dacă filtrul trece jos este un filtru trece jos RC, atunci zero în funcția de transfer poate fi obținut prin conectarea unui rezistor cu rezistența necesară în serie cu condensatorul filtrului. PD-urile sunt, de asemenea, utilizate în sintetizatoare, multiplicatoare și divizoare de frecvență. În aceste sisteme, nu semnalele în sine sunt furnizate la intrarea PD, ci semnalele obținute ca urmare a înmulțirii, împărțirii, sumelor și diferențelor frecvențelor dorite. În comunicațiile radio, PD este utilizat în sistemele de control al frecvenței oscilatorului local în receptoarele radio superheterodine. În telefonie, FD este utilizat în dispozitivele de decodare a tonurilor. Când viteza de rotație a arborilor și arborilor este stabilizată, un semnal de la generatorul de referință este furnizat uneia dintre intrările PD, impulsurile de la marcajele senzorului de viteză de frecvență sunt furnizate celei de-a doua, iar semnalul de ieșire PD nu controlează VCO, dar antrenarea electrică a arborelui.

DemodulatoareŞi modulatori sunt dispozitive de conversie și sunt folosite pentru a converti semnale AM ​​în formă analogică (demodulatoare) și semnale analogice în formă AM (modulatoare). Prin designul lor, aceste dispozitive sunt reversibile, adică schimbând intrarea și ieșirea unui astfel de dispozitiv, puteți obține un modulator de la un demodulator și invers.

Din punct de vedere structural, funcționarea acestor convertoare se bazează pe utilizarea dispozitivelor de comutare de mare viteză. Releele mecanice (de obicei polarizate), circuitele cu diode sau circuitele cu tranzistoare în modurile cheie sunt utilizate ca astfel de dispozitive. Conform principiului de proiectare, demodulatoarele și modulatoarele sunt cu o singură undă sau cu undă completă.

Demodulator semi-undă bazat pe un releu polarizat

Să luăm în considerare principiul de funcționare al unui demodulator cu jumătate de undă bazat pe un releu mecanic polarizat. Circuitul convertizorului este prezentat în Fig. 4.3.

Orez. 4.3.

Tensiunea de intrare modulată în amplitudine este furnizată înfășurării primare a transformatorului Tr. Filmat din înfăşurare secundară Tensiunea transformatorului este furnizată periodic la ieșirea demodulatorului în conformitate cu polaritatea tensiunii de rețea furnizată înfășurării releului polarizat. Un releu polarizat are un grup de trei contacte. Contact median mobil 1 se inchide cu una din extreme fixe (2 sau 3) în funcţie de polaritatea tensiunii de reţea furnizată înfăşurării releului. Demodulatorul folosește un singur contact fix 2, care se inchide doar cu o polaritate a tensiunii de retea pe infasurarea releului. În fig. Figura 4.4 prezintă formele de undă la intrările și la ieșirea demodulatorului.

Orez. 4.4.

Rețineți că polaritatea semnalului de ieșire depinde de relația de fază a semnalelor de intrare și de rețea. De exemplu, în cazul prezentat în fig. 4.4, coincidența fazelor rețelei și a semnalelor de intrare duce la apariția semiciclurilor pozitive ale semnalului de intrare la ieșirea demodulatorului. În cazul în care fazele rețelei și ale semnalelor de intrare sunt deplasate cu 180° una față de alta, la ieșirea demodulatorului apar cicluri negative de zero ale semnalului de intrare. Acesta este motivul pentru care uneori se numesc demodulatoare redresoare sensibile la fază(FChV).

Nivelul de ondulare al semnalului de ieșire al demodulatorului este destul de ridicat și, pentru a-l netezi, se folosește un filtru trece-jos, prezentat în Fig. 4,3 linie punctată. Acest filtru este un element pasiv aperiodic (inerțial). De obicei, rolul unui rezistor cu rezistență eu f realizează rezistența activă internă a sursei de semnal de intrare a demodulatorului, redusă la înfășurarea de ieșire a transformatorului Tr, și valoarea capacității condensatorului S f este selectat. Această alegere depinde de constanta de timp a unui astfel de filtru, care este definită ca T f = I F S F. Cu cât această constantă este mai mare, cu atât pulsațiile sunt netezite mai eficient.

Să estimăm coeficientul de transmisie al unui astfel de demodulator la un coeficient de transmisie unitar al transformatorului de intrare. Fie fixată amplitudinea semnalului de intrare modulat în amplitudine. Apoi

Forma semnalului de ieșire al demodulatorului în acest caz este prezentată în Fig. 4,5, O. Acest semnal poate fi reprezentat ca o sumă a două componente: o componentă constantă U 0 și o componentă variabilă (pulsante). Yx(t), prezentată respectiv în Fig. 4,5, biv.

Estimând valoarea medie a semnalului de ieșire pe o perioadă și mai departe, luând raportul dintre valoarea medie a semnalului de ieșire și amplitudinea semnalului AM de intrare, obținem coeficientul de transmisie al unui demodulator cu un singur ciclu:

Expansiunea seriei Fourier a componentei variabile Y,(?), prezentată în Fig. 4,5, în, punct T dă valoarea amplitudinii principalei (primului) gar-

şi, Urnă

Monica U ( = -.

Orez. 45. Forma semnalului de ieșire al demodulatorului la o amplitudine fixă ​​a semnalului AM la intrare ( O), componentă constantă (b)și componenta variabilă (in) a semnalului de ieșire

Frecvența acestei armonice este aceeași cu frecvența purtătoare. Toate armonicile cu numere mai mari au amplitudini descrescătoare. Gradul de scădere depinde direct de valoarea numărului armonic. În plus, cu cât este mai mare numărul armonic în expansiunea componentei variabile K,(0 la ieșirea demodulatorului, cu atât va fi mai atenuat de un filtru sub forma unei legături inerțiale. Prin urmare, este necesar să se încerce pentru a netezi cât mai mult armonica fundamentală (prima) Toate celelalte armonice cu numere mai mari vor fi slăbite mai mult.

Revenind la constanta de timp a filtrului la ieșirea demodulatorului, trebuie amintit că acest filtru mărește ordinea ecuației caracteristice a sistemului în buclă deschisă și poate duce la o deteriorare a calității sistemului în buclă închisă. și chiar la pierderea stabilității acesteia dacă creșterea este excesivă. T f.În practică, atunci când aleg constanta de timp a filtrului, ei se străduiesc să satisfacă inegalitatea

unde ср este frecvența de tăiere a sistemului în buclă deschisă.

Ultima inegalitate garantează o schimbare de fază suplimentară la frecvența de tăiere a sistemului în buclă deschisă, care nu depășește -5°.

Principalele dezavantaje ale demodulatoarelor și modulatoarelor bazate pe relee mecanice sunt fiabilitatea lor relativ scăzută și frecvența de operare limitată, care nu depășește 1 kHz. Pentru a elimina aceste neajunsuri, astfel de convertoare sunt construite folosind diode semiconductoare sau folosind tranzistori în moduri cheie. Circuitele cu diode sunt mai puțin frecvente, deoarece necesită o selecție atentă a diodelor și a rezistențelor de balast pentru a echilibra circuitele în absența unui semnal de intrare. Din aceste motive, nu ne vom opri asupra lor. Dacă este necesar, puteți consulta literatura relevantă.