CC BY
65
2007
НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК МГТУ ГА Серия Радиофизика и радиотехника
№ 112
УДК 621.391.072
ПОМЕХОУСТОЙЧИВОСТЬ ОПТИМАЛЬНОГО КОГЕРЕНТНОГО ДЕМОДУЛЯТОРА СИГНАЛОВ С МИНИМАЛЬНОЙ ЧАСТОТНОЙ МАНИПУЛЯЦИЕЙ ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ РАЗЛИЧНЫХ ТИПОВ ЛИНИЙ ЗАДЕРЖКИ
А.А. ЧЕРЕПНЕВ, Г.В. КУЛИКОВ
Рассмотрен оптимальный когерентный демодулятор сигналов с минимальной частотной манипуляцией. Дана оценка его помехоустойчивости при использовании в схеме различных типов линии задержки.
Линии задержки (ЛЗ) являются составной частью схем многих радиоэлектронных устройств. От качества их технологического исполнения, стабильности технических характеристик во многом зависит и качество функционирования изделия в целом. В радиоприемной аппаратуре с помощью ЛЗ осуществляется задержка сигналов, они входят в состав фильтров, корректоров, демодуляторов, декодеров.
Примером такого демодулятора может служить оптимальный когерентный демодулятор сигналов с минимальной частотной манипуляцией (МЧМ или МБК) с корреляционной обработкой принимаемых колебаний на двух тактовых интервалах. Такие сигналы в настоящее время широко используются в спутниковых, радиорелейных системах и системах мобильной радиосвязи. На к-м тактовом интервале сигнал МЧМ может быть записан в следующем виде:
(к__1 )р Р к~\
Ч & ск) = ЛсовОо ґ + Ск (°а ґ-----—) + —2 С, + рр ґ є ((к _ 1)Г, кТ1
2 2 і=1
где А0 =у/2Е / Т - амплитуда сигнала; Е - энергия информационной посылки; Ск=±1 - к-ый информационный символ; Ск={Й1,Й2,...,Йк_1,Ск } - вектор информационных символов; о 0 -несущая частота; соА =р2Т - девиация частоты; р - начальная фаза сигнала; Т - длительность тактового интервала.
Исследованиям помехоустойчивости демодуляторов сигналов МЧМ в каналах связи с аддитивными помехами широкого класса посвящено много работ [1-3]. Предложенный в [2] демодулятор с обратной связью по решению (рис. 1) достаточно прост и реализуем в реальных системах, он не требует перекодирования информации, необходимого для устранения известного эффекта "обратной работы", присущего многим системам с фазовой манипуляцией.
Аналитическая запись такого алгоритма выглядит следующим образом:
С/=+1
(к+1)Т (к+1)Т >
| х(ґ_Т)ео8[(о0 + оА )ґ_Ф3 + Ф\^ґ + | х(ґ)ео8[(о0 + оА )ґ + Ф1\&
кТ кТ <
*
Ск =-1
(к+1)Т (к+1)Т
| х(ґ _ Т)е08[(00 _ЮА )ґ _Ф4 +Ф2\(И + | х(ґ)е08[(00 _ЮА )ґ + Ф2\^ґ ,
кТ кТ
где
Ф1 =РІС* _ {(к~1Р, Ф2 =Р2С* + {(к-1р-, Фз = (00 +Оа)Т; Ф4 = (о ~ол )Т;
2 і =1 2 2 і=1 2
х(V) - входной процесс, представляющий собой аддитивную смесь принимаемого сигнала МЧМ и помех.
Рис. 1. Структурная схема оптимального когерентного демодулятора
Поскольку в схеме демодулятора используются две линии задержки, то можно предположить, что выбор их типа может значительно влиять на характеристики помехоустойчивости приема информации, особенно в диапазонах сверхвысоких частот.
В настоящее время в СВЧ-диапазоне используются ЛЗ на объемных акустических волнах (ОАВ), поверхностных акустических волнах (ПАВ), магнитостатических волнах (МСВ), приборах с зарядовой связью (ПЗС), коаксиальных сверхпроводящих кабелях [4,5]. В таблице приведены сравнительные характеристики трех наиболее перспективных типов ЛЗ: на ОАВ, ПАВ и МСВ.
Таблица
Характеристики ЛЗ на ОАВ, ПАВ и МСВ
Тип ЛЗ Диапазон рабочих частот, ГГц Время задержки, мкс Полоса пропускания, МГц Вносимые потери, дБ Т емпературный коэффициент задержки (-20-+80°С), КТ
ОАВ 1,5... 18 0, 2 О 20.2000 5 6 О 2,3-10-3
ПАВ 0,01... 1,5 0, 0 о 1.750 6.20 1,2-10-4
МСВ 1.20 0,005.2 5.1500 3.10 410-5
С помощью компьютерного моделирования был проведен анализ влияния характеристик линий задержки на помехоустойчивость рассматриваемого демодулятора. При этом использовались АЧХ и ФЧХ ЛЗ, полученные в работах [4-6]. Потери в ЛЗ на МСВ составляли 6 дБ, ПАВ - 10 дБ, ОАВ - 20 дБ. Неравномерность АЧХ в полосе полезного сигнала для МСВ принималась равной 4 дБ, ПАВ - 7 дБ, ОАВ - 10 дБ. Машинное моделирование выполнялось в среде МаїїаЬ 7.0. Для аппроксимации характеристик ЛЗ применена встроенная в пакет МаїїаЬ 7.0 функция СЬеЬу 6-го порядка.
На рис. 2 представлены зависимости вероятности ошибки Ре от отношения сигнал/шум 2Е/Ы0, полученные при использовании элементов задержки, выполненных на ОАВ, ПАВ и МСВ, при температурах 20°С и 80°С. При этом нестабильность параметров ЛЗ закладывалась в ее модель с помощью температурного коэффициента задержки Кт (таблица).
Из полученных результатов следует, что технические характеристики, а также нестабильность параметров элемента задержки значительно влияют на помехоустойчивость рассматриваемого демодулятора. Видно, что наилучшие характеристики помехоустойчивости могут быть достигнуты при использовании в качестве элемента задержки приборов на МСВ. Например, при температуре 20°С для вероятности ошибки 10-3 энергетический проигрыш по сравнению с идеальным случаем здесь составляет лишь 0,3 дБ, а для ПАВ - 1 дБ, для ОАВ - 2,2дБ. Кроме этого, из сравнения кривых следует, что в случае ЛЗ на МСВ слабее проявляет себя нестабильность задержки, связанная с температурной зависимостью.
1
Ре
10-1 10-2 10-3
10-4
0 5 10 15 "
2E/N0
Рис. 2. График зависимости вероятности ошибки от отношения сигнал/шум
для ОКД на ОАВ, ПАВ и МСВ
ЛИТЕРАТУРА
1. Szulakiewicz P. Influence of two-path propagation on MSK systems // Electronics Letters. - 1981. - V. 17, № 23. P. 893 - 894.
2. Константинов П.А., Парамонов А.А., Яманов Д.Н. Оптимальный прием детерминированных сигналов с минимальной частотной манипуляцией // Изв. высш. учеб. заведений. Сер. Радиоэлектроника. - 1983. № 11. С. 30 -35.
3. Куликов Г.В. Помехоустойчивость приемников модулированных сигналов с непрерывной фазой при наличии нефлуктуационных помех // Радиотехника. - 2003. - № 7. С. 21 - 25.
4. Черепнев А.А. Анализ различных типов СВЧ-линий задержки и их характеристик. - Деп. в ВИМИ.-01.11.99, №ДО-8807. - 14с.
5. Черепнев А.А. Возможность использования устройств на МСВ в качестве элементов систем управления // Материалы международной научно-технической школы-конференции “Молодые ученые - науке, технологиям и профессиональному образованию в электронике”. - М., 2005. Часть 1. С. 279-281.
6. Балякин И.А., Егоров Ю.М., Родзивалов В.А. Приборы с переносом заряда в радиотехнических устройствах обработки информации. — М.: Радио и связь, 1987.
ERROR PROBABILITY OF THE OPTIMUM COHERENT DEMODULATOR OF SIGNALS WITH THE MINIMUM SHIFT KEYING AT USE OF VARIOUS TYPES OF LINES OF THE DELAY
Cherepnev A.A., Kulikov G.V.
The optimum coherent demodulator of signals with the minimum shift keying is considered. The estimation of its error probability is given at use in the scheme of various types of a line of a delay.
Сведения об авторах
Куликов Геннадий Валентинович, 1955 г.р., окончил МИИГА (1981), доктор технических наук, профессор кафедры радиоприемных устройств Московского государственного института радиотехники, электроники и автоматики (технического университета), автор свыше 70 научных работ, область научных интересов - радиосвязь, системы передачи дискретной информации.
Черепнев Антон Андреевич, 1974 г.р., окончил МИРЭА (1996), ведущий инженер ОАО НИИ вычислительных комплексов им. М. А. Карцева, автор свыше 10 научных работ, область научных интересов - радиосвязь, вычислительная техника.
