Dezelfde. Nu kunnen we het hebben over de demodulator. Het onderwerp demodulatie is zeer omvangrijk en verdient meer dan één boek. Ik zal proberen de architectuur van de demodulator en het doel van de hoofdblokken kort te schetsen. Ik hoop dat dit artikel voor iemand een goed startpunt zal zijn.
Initiële gegevens:
1. Bestand met gedigitaliseerde signalen van de ontvangeruitvoer in een brede frequentieband. Je hebt bijvoorbeeld een ADC met een bemonsteringsfrequentie van 200 MHz. Met deze ADC kun je signalen digitaliseren in een bandbreedte tot 100 MHz. Analyseer en demoduleer vervolgens in de uitgestelde modus alle signalen in dit bestand.
2. Signaalparameters verkregen als resultaat van voorlopige analyse:
- ADC-bemonsteringssnelheid
- ADC-capaciteit
- draaggolffrequentie
- klok frequentie
- soort modulatie
Blokschema van een kwadratuurdemodulator
De signaalbemonsteringsfrequentie in de ADC is geen veelvoud van de signaalklokfrequentie en er kan meer dan één signaal in het gedigitaliseerde bestand voorkomen (maximaal 300). Om deze redenen heeft het blokschema van de demodulator de vorm getoond in Fig. 1.
Rijst. 1. Blokschema van een coherente demodulator
Doel, samenstelling, werkingsprincipe van composietmodules
1. Module voor het lezen uit een bestand. Alles is hier eenvoudig. Het bestand slaat bijvoorbeeld 16-bits ADC-samples op. De demodulator werkt met getallen met dubbele precisie. De module is ontworpen om ADC-voorbeelden uit een bestand te lezen en deze naar dubbel formaat te converteren. Opgemerkt moet worden dat er hier één subtiliteit is. De volgende module is een FFT-filter dat gebruik maakt van de snelle Fourier-transformatie, waarvoor het noodzakelijk is dat de grootte van de verwerkte blokken een veelvoud van een macht van 2 is. Bijvoorbeeld 218 = 262144 ADC-samples.
2. FFT-filter. Zoals ik al zei, slaat het bestand signalen op in een bepaalde frequentieband. Er kunnen veel van dergelijke signalen in een bestand voorkomen. Om verder met het signaal te kunnen werken, moet u het eerst "knippen", waarbij u alle onnodige signalen verwijdert. Frequentiedomeinfiltering is hiervoor het meest geschikt. Heel eenvoudig gezegd bestaat de filteroperatie uit 3 delen:
— Er wordt een directe Fourier-transformatie uitgevoerd om het signaalspectrum te verkrijgen;
— Het op nul zetten van overtollige frequenties in het signaalspectrum. Omdat we de draaggolffrequentie en spectrumbreedte van het signaal kennen, is dit niet moeilijk;
— De inverse Fourier-transformatie wordt uitgevoerd.
Als gevolg hiervan ontvangen we een gefilterd signaal. Dit is simpel gezegd, maar er zijn verschillende subtiliteiten. Feit is dat, aangezien we niet te maken hebben met een oneindig signaal, maar met blokken van eindige lengte, er signaalvervormingen optreden aan de randen van het blok. Om vervormingen weg te werken, is het noodzakelijk om blokken met overlap (overlapping) te filteren. Meer hierover kun je lezen in het artikel FFT-analyse, waar de auteur vertelt over FFT-filtering.
3. Kwadratuurgenerator. De taak van deze module is heel eenvoudig, net als de implementatie ervan: het is de overdracht van het signaalspectrum naar de nulfrequentie en de vorming van kwadratuurcomponenten I en Q. Je moet begrijpen dat een gefilterd signaal wordt toegevoerd aan de ingang van het blok . Wiskundig gezien ziet alles er erg ingewikkeld uit. Geïnteresseerden kunnen het boek “Digital Communication” van auteur Prokis J. p. 287 lezen, onderaan de pagina, beginnend met de woorden “Het QAM-signaal en de multi-positie PM kunnen zo worden weergegeven.”
In onze eigen woorden werd het signaalspectrum aan de zendende kant gevormd uit twee kwadratuurcomponenten I en Q, en aan de ontvangende kant was het onze taak om deze te ontvangen. Dit gebeurt heel eenvoudig. Eerst wordt het hoogfrequente signaal vermenigvuldigd met een draaggolf met een frequentie gelijk aan de signaaldraaggolf. Wat gebeurt er als je je vermenigvuldigt? De harmonische componenten van twee signalen worden opgeteld, afgetrokken, enz. Wij zijn geïnteresseerd in hun aftrekking. Als we aannemen dat de frequenties van de vermenigvuldigde signalen gelijk zijn, krijgen we bij het aftrekken 0. We krijgen dus een overdracht van het signaalspectrum naar 0. Bij het vermenigvuldigen krijgen we een aantal andere harmonische componenten die we niet nodig hebben . Hoe u zich ervan kunt ontdoen, wordt hieronder beschreven. Dit is hoe we de eerste kwadratuurcomponent kregen. Om de tweede te verkrijgen, is het nodig hetzelfde hoogfrequente signaal te vermenigvuldigen met de draaggolf, maar nu 90° in fase verschoven.
In mijn geval heeft dit schema een wijziging ondergaan en moest ik een schakelaar toevoegen. Feit is dat de spreiding van signaalklokfrequenties zo groot is dat het in sommige gevallen nodig is om het signaal in andere gevallen te decimeren door interpolatie. Afhankelijk van de klokfrequentie wordt een van de twee verwerkingscircuits geselecteerd.
Mijn taak was om een schema te ontwikkelen dat beide problemen in één keer oplost, aangezien ze nauw met elkaar verband houden. Feit is dat decimering niet mogelijk is zonder laagdoorlaatfiltering.
Een paar woorden over decimering. Je kunt niet zomaar extra samples uit het signaal weggooien (verwijderen).
Rijst. 2. De hoofdregel van decimering
Alles leek eenvoudig. Als u de bemonsteringsfrequentie met de helft wilt verminderen, verwijdert u eenvoudigweg de rapporten na één. Als het drie keer is, laat je elke derde telling achter, enz. Maar dat was niet het geval. Om decimatie te implementeren, is het noodzakelijk om aan de voorwaarde te voldoen dat het originele signaal geen frequenties bevat die de Nyquist-frequentie van het gedecimeerde signaal overschrijden, anders zal aliasing (aliasing van spectra) optreden tijdens decimatie.
Bijvoorbeeld Als er een signaal is met een bemonsteringsfrequentie van 10 MHz, dan is de Nyquist-frequentie gelijk aan 5 MHz (Figuur 3, a). Laten we aannemen dat we moeten decimeren met een factor 2. In dit geval zal de nieuwe bemonsteringsfrequentie gelijk zijn aan 10/2 = 5 MHz, en de nieuwe Nyquist-frequentie zal gelijk zijn aan de helft van de nieuwe bemonsteringsfrequentie 5/2 = 2,5 MHz (Figuur 3 b). Om dus geen vervormingen te introduceren in het signaal dat verband houdt met aliasing, is het noodzakelijk om vóór de verdunningsprocedure (verwijderingsprocedure) laagdoorlaatfiltering uit te voeren met een filter waarvan de doorlaatband kleiner moet zijn dan de nieuwe Nyquist-frequentie (Figuur 3p . C).
Rijst. 3. Voorbeeld van decimering met 2 keer
Het lijkt erop dat we het filteren van zijharmonischen hebben geregeld.
Het tweede onopgeloste probleem is dat de bemonsteringsfrequentie geen veelvoud is van de klokfrequentie en dat het aantal ADC-monsters per klok niet constant is. Als deze problemen zijn opgelost, wordt het verdere demodulatorcircuit universeel en niet afhankelijk van de klokfrequentie van het signaal. Als resultaat van onderzoek kwam ik tot de conclusie dat 10 samples per klokcyclus voldoende is voor verdere signaalverwerking.
Laten we nu de linkerkant van het blok eens nader bekijken. We zien dat er 2 decimatiecascades worden gebruikt. Dit wordt gedaan omdat als de klokfrequentie van het signaal klein is, de decimatiecoëfficiënt zo groot wordt en de Nyquist-frequentie zo laag wordt dat het moeilijk is om een laagdoorlaatfilter te implementeren. Met een bemonsteringsfrequentie van 200 MHz en een signaalklokfrequentie van 20 KHz hebben we bijvoorbeeld 200 MHz / 20 KHz = 10.000 monsters per klok. We delen het resulterende getal door 10, omdat we een vaste bemonsteringssnelheid van 10 * Ft aan de uitgang willen krijgen. We krijgen de waarde 10000 / 10 = 1000. In dit geval moeten we decimeren met 1000! eenmaal.
Om dit probleem op te lossen, werd een stapsgewijs decimatieschema bestaande uit 2 cascades ontwikkeld. Met deze aanpak worden de decimatiecoëfficiënten van de cascades vermenigvuldigd. Dat wil zeggen, om een decimering van 1000 keer te implementeren, zijn 2 cascades met een decimering van 25 en 40 voldoende. Als de decimeringscoëfficiënt niet groot is, wordt slechts één cascade gebruikt. Decimatiecoëfficiënten worden zo gekozen dat de uiteindelijke bemonsteringsfrequentie zo dicht mogelijk bij 10*Ft komt.
6. Modules die werken op een frequentie van 10*Ft. Vanaf deze fase werken alle demodulatormodules onder dezelfde omstandigheden, ongeacht de initiële omstandigheden. Dit is erg handig bij het debuggen en stelt u in staat de volgende modules voor verschillende oplossingen te gebruiken. In feite waren er daarvoor voorbereidende fasen. Nu begint de demodulatie. Deze oplossing is ook handig omdat de voorgaande fasen kunnen worden weggegooid als u complexe monsters van het gedigitaliseerde signaal hebt met een bemonsteringsfrequentie gelijk aan 10*Ft. Dat wil zeggen dat het mogelijk is om een demodulatieschema toe te passen wanneer signaalfiltering, kwadratuurvorming en decimering in hardware worden uitgevoerd. Deze oplossing zal de demodulatiesnelheid met ordes van grootte verhogen.
Waarom 10*Ft? Het getal 10 werd verkregen als resultaat van experimenten. Ik wilde de kwaliteit van de faseverschuiver en het matched filter verbeteren, maar niet te veel aan verwerkingssnelheid verliezen.
7. Versterker. Voert de bewerking uit waarbij signaalmonsters worden vermenigvuldigd met de waarde die wordt ontvangen van de uitgang van het automatische versterkingsregelsysteem (AGC).
8. Faseverschuiver. Bij het bepalen van de signaalparameters kregen we een fout bij het bepalen van de draaggolffrequentie en een fout in de beginfase. Een fout bij het bepalen van de signaalfrequentie leidt ertoe dat de punten op de signaalconstellatie voortdurend roteren. De draairichting (met de klok mee of tegen de klok in) is afhankelijk van het teken van de fout. Stel dat we de signaalfrequentie foutloos hebben bepaald of de fout hebben geëlimineerd, maar we kennen de beginfase van het signaal niet. Een fout bij het bepalen van de initiële fase leidt tot het feit dat de signaalconstellatie zal worden gekanteld over een hoek die gelijk is aan de bepalingsfout. De faseverschuivermodule elimineert deze fouten. Zijn taak is om rotatie en kanteling van de signaalconstellatie te voorkomen. De faseverschuiver werkt constant omdat de draaggolffrequentie van het signaal mogelijk niet constant is.
9. Bijpassend filter. Bij het verzenden van signalen is er altijd een strijd tussen de transmissiesnelheid en de spectrumbreedte van het signaal. Feit is dat hoe hoger de transmissiesnelheid, hoe breder het signaalspectrum. Bij datatransmissiesystemen zijn de kosten van de geleverde dienst afhankelijk van de signaalspectrumbreedte. Er is nog een andere kant aan de kwestie. Signalen worden via digitale communicatiekanalen in rechthoekige pulsen verzonden. Een rechthoekige puls heeft een oneindig spectrum. Een extreem geval van gegevensoverdracht is wanneer “0” en “1” (blokgolf) opeenvolgend worden verzonden. Het meanderspectrum is evenredig met de sinc(x)-functie.
Om de spectrale breedte aan de zendzijde te verkleinen, wordt het signaal gefilterd om hoogfrequente componenten te verwijderen, maar de filtering resulteert in intersymboolinterferentie. Als u de wet (regel) van filteren kent, kunt u aan de ontvangende kant een inverse transformatie uitvoeren die de schadelijke effecten van intersymboolinterferentie elimineert. Dit is wat het overeenkomende filter doet.
10. Decimator met 5. Verlaagt de bemonsteringsfrequentie van 10*Ft naar 2*Ft. De decimeringsfactor is dus 5.
11. Modules die werken met een frequentie van 2*Ft. Vanaf dit stadium werken alle demodulatormodules op 2*Ft (het dubbele van de kloksnelheid). 2*Ft is de minimale frequentie waarop de adaptieve corrector en oplosser kunnen werken.
12.Adaptieve corrector. Als gevolg van het feit dat het signaal door de atmosfeer gaat of bijvoorbeeld door de herreflectie van het signaal uit gebouwen, wordt er niet-lineaire interferentie op gesuperponeerd, waarvan de kenmerken nauw verwant zijn aan de kenmerken van het datatransmissiekanaal. Het doel van de adaptieve equalizer is om de kenmerken van het datatransmissiekanaal te berekenen en de invloed ervan op de signaalkwaliteit te elimineren.
13. Een beslissing nemen. Demodulator zout. Hier wordt een beslissing genomen over het geaccepteerde punt op de signaalconstellatie. Het geaccepteerde punt wordt “aangetrokken” tot het referentiepunt volgens het minimale afstandscriterium. Met behulp van twee punten in het vlak (geaccepteerd en referentie) worden fouten berekend voor het automatische versterkingsregelsysteem, het draaggolfherstelsysteem en het klokherstelsysteem.
14. Feedbacklussen. Voor de versterker (7) berekent het automatische versterkingsregelsysteem (AGC) de coëfficiënt waarmee het signaal moet worden vermenigvuldigd om volledig in de signaalconstellatie te passen. Voor de faseverschuiver (8) berekent het draaggolfherstelsysteem (CRS) de fout bij het bepalen van de draaggolffrequentie en de initiële fase ervan. Voor decimatieblokken (5) berekent het kloksynchronisatiesysteem de fout bij het bepalen van de klokfrequentie en de initiële fase ervan.
Dat lijkt alles te zijn. Het bleek zelfs meer dan ik had gepland. Ik hoop echt dat mijn kennis voor iemand nuttig zal zijn.
BEN DEMODULATOR OP VELDTRANSISTOR
Afb.12.1
Een veldeffecttransistordemodulator, samengesteld volgens de bovenstaande schakeling, werkt op een frequentie van ten minste 100 MHz. Demodulatie in dit circuit wordt niet zoals gebruikelijk uitgevoerd vanwege de diodekarakteristiek van de emitterovergang, maar vanwege de uitgesproken kromming van de karakteristiek van de bronstroom van de poortspanning bij lage stroom. Bij een ingangsspanning van 0,1 V^ is het detectieresultaat dus veel lineairder dan bij gebruik van een diode als detector.
BREEDBAND AM-DEMODULATOR
funkaamateur, Berlijn, nr. 4/96, blz. 413 afb. 12.2
Sommige amplitudegemoduleerde ontvangers hebben een smallere bandbreedte dan smalbandige frequentiemodulatieontvangers. In dit geval kunt u het middenfrequentiesignaal vóór demodulatie isoleren en naar het in het diagram weergegeven circuit sturen voor een betere ontvangst van AM-radio-uitzendingen.
OBP/AM/FM-DEMODULATOR OP MC1496-CHIP
Lineaire/interface-IC's, Motorola, 1993 Afb. 12.3
Bij ontvangst van een signaal met een enkele zijband (SBS) en een onderdrukte draaggolf is het voldoende om deze laatste op elke beschikbare manier te herstellen, terwijl blokkering noodzakelijk is voor amplitude- en fasemodulaties. Het clipping-effect maakt het mogelijk om een AM-signaal rechtstreeks aan de draaggolfingang toe te passen, zolang de amplitude van het AM-signaal voldoende is.
SYNCHROON AANVULLEND DEMODULATIEAPPARAAT
In de voorgestelde schakeling is een ingangsbuffertrap gemonteerd op transistor Ti. Transistor T2 maakt deel uit van een actief filter
funkaamateur, Berlijn, nr. 9/1999, blz. 992 Afb. 12.4
inductantie, waarvan de afstemfrequentie kan worden aangepast door een variabele condensator C 2. Met variabele weerstand R1 kunt u de bandbreedte zo aanpassen dat alleen het draaggolffrequentiesignaal chip A2 bereikt. Na de overgang van het middelpunt P1 treden er oscillaties op in de schakeling, waardoor de draaggolffrequentie van het ingangssignaal kan worden gesynchroniseerd. Op pin 7 van chip Al wordt het ingangssignaal toegevoegd aan de draaggolffrequentie afzonderlijk versterkt door chip A2. Zelfs in het geval van selectieve fading die de draaggolffrequentie beïnvloedt, zijn de demodulatieresultaten redelijk goed.
SYNCHRONE DETECTOR MET AUTOMATISCHE BEDIENING
Het apparaat kan passief of actief functioneren, afhankelijk van de positie van de variabele weerstand P1. In het eerste geval dient de negatieve weerstand gevormd door transistoren T1 en T2 om de bandbreedte van de oscillerende LC-schakeling te verkleinen, zodat de draaggolffrequentie toeneemt. die door de condensator C5 gaat, wordt in een smalle strook gefilterd. In het tweede geval beginnen de transistoren T1 en T2 te werken als een oscillator, die in een smal bereik kan worden gesynchroniseerd door de draaggolffrequentie van een willekeurig signaal wanneer de schakelaar in de "handmatige" positie staat. In de “automatische” stand vindt autoregulatie plaats binnen een bandbreedte van enkele kilohertz. Afhankelijk van de positie van de P1-schuifregelaar kan de automatische regeling ook invloed hebben op de filtering van de draaggolffrequentie of op de generator die deze draaggolffrequentie vervangt. Bediening in passieve handmatige modus vereist zeer nauwkeurige instellingen. Het is veel handiger om deze aanpassing in de "passieve automatische" modus uit te voeren, maar in het geval van fading (selectief) van de draaggolffrequentie bestaat het risico dat de filterinstelling naar een aangrenzende frequentie "verschuift". In de “actieve handmatige” bedrijfsmodus kan het zoeken naar synchronisatie gepaard gaan met een onaangenaam gefluit, maar het wordt mogelijk om naar stations met één zijband te luisteren. In de "actieve automatische" bedrijfsmodus gebeurt dit niet, behalve wanneer één zijband vergezeld gaat van een niet-onderdrukte draaggolffrequentie, maar zoals hierboven vermeld kan de aanpassing leiden tot "kruip" in de afstemfrequentie. U kunt de versterking van op-amp A1 selecteren, afhankelijk van de amplitude van het beschikbare ingangssignaal. Na twee faseverschuivers
funkaamateur, Berlijn, nr. 9/1999, blz. 993 afb. 12.5
bij ±45° produceren transistoren T3 en T5 signalen die 90° in fase zijn verschoven. Vervolgens dient geïntegreerde schakeling IC1 voor modulatie, terwijl IC2 een afstemspanning creëert die in de "automatische" modus op de BB909A varicap werkt. De "frequentie"-indicator (met een nul in het midden van de schaal) is alleen nuttig in de "automatische" modus, terwijl de "amplitude"-indicator, aangedreven door de demodulatie-DC-component, nuttig is in de "handmatige" modus.
AM 6-70 MHz DEMODULATOR OP TDA9S30-CHIP
Rijst. 12.6
Dit apparaat is voornamelijk ontworpen voor gebruik in televisiecircuits. Het automatische versterkingsregelbereik is 66 dB, de signaal-ruisverhouding is 53 dB bij 10 mV-ingang, de audiobandbreedte is 20 Hz - 100 kHz.
ALS EN DEMODULATOR VOOR AFSTANDSBEDIENING OP DE U431ZV-CHIP
Jo\e van toepassing TEMIC, ANT 012, ANT 013, ANT 014,1996 Rijst. 12.7
Het gegeven afstandsbedieningssysteem voor alarm-, beveiligings- of deuropeners bevat een versterker, een demodulator en een circuit voor het genereren van digitale signalen. Zolang het ingangssignaalniveau (pin 9) onder de 40 dBµV blijft, functioneren alleen de versterker en AM-demodulator, maar zodra deze drempel wordt overschreden, wordt de monostabiel ingeschakeld. Dit apparaat voedt andere delen van het circuit en zet pin 10 in de status "1" (stroomregeling van de microprocessor).
De tijdconstante van de RC-componenten die op pin 3 zijn aangesloten, bepaalt de duur van de terugkeer naar de standby-modus, terwijl het bij pin 6 en 7 gaat om de respons van de comparator, die indien nodig moet worden aangepast aan de transmissiecode gebruikt. Om de onvermijdelijke signaalvertragingen als gevolg van AGC te voorkomen, is het noodzakelijk een logaritmische AM-demodulator te gebruiken. De IF-ingangsimpedantie (8-12 MHz) is 330 ohm met een parallelle capaciteit van 5 pF. Er is ook een versie met comparator zonder omvormer U4311.
SMAL BEREIK SYNCHRONE DEMODULATOR
In de synchrone demodulator getoond in Fig. 12.8 wordt het effect van automatische controle niet gebruikt. Variabele weerstand P1 dient voor de overgang van de functie van een smalbandfilter naar de functie van een oscillator, die is afgestemd op een draaggolffrequentie van 100 Hz. Met potentiometer P 2 kunt u het filter exact afstemmen op de draaggolffrequentie.
FM-DEMODULATOR OP HE564-CHIP
Getoond in afb. 12.9-demodulator is bedoeld voor telegrafie. Het apparaat werkt door een frequentie van 1 MHz rond een frequentie van 10,8 MHz te schakelen. De VCO werkt echter op frequenties tot 50 MHz met een afsnijbereik van minimaal 25%. De standby-frequentie wordt bepaald door de capaciteit van de condensator, die tussen pin 12 en 13 is geïnstalleerd. De transmissiesnelheid kan 1 Mbaud bereiken.
funkaamateur, Berlijn, nr. 9/1999, blz. 992. Afb. 12.8
Notitie van toepassing AN 1801, Philips Halfgeleiders Afb. 12.9
QPSK-DEMODULATOR OP SDA6310 IC
Dit apparaat verwerkt gemoduleerde signalen met vier toestandsfaseschakelingen (QSPK) en is bedoeld voor gebruik in satelliettelevisie. Frequentiebereiken zijn 35-120 MHz voor QSPK-draaggolffrequentie en 70-120 MHz voor oscillator. De schakeling werkt op een frequentie van 40,15 MHz. Het ingangsniveau (pinnen 3 en 4) moet tussen 50 en 100 dBµV liggen.
QUAD-DEMODULATOR OP TDA8040T IC
Een dergelijke demodulator werkt op frequenties tussen 10,7 en 150 MHz, met een versterking van minimaal 21 dB op de I- en Q-kanalen, waarvan de bandbreedte 25 MHz bedraagt. Het resonantiecircuit van de generator kan worden vervangen door een externe bron die een spanning kan leveren met een minimale piek-tot-piekspanning van 100 mV.
Documentatie Philips afb. 12.11
QUADRATURE DEMODULATOR l/Q OP TsRS2781 CHIP
Het diagram toont een demodulator met een ingebouwd apparaat voor een faseverschuiving van 90 e. Transmissiecoëfficiënt 50 dB, ruisfactor 13 dB, ingangsimpedantie 30 Ohm.
QUADRATURE I/O-DEMODULATOR OP TsRS2766-CHIP
Document N.E.C. Nee. PI0193EJ3V0DS00, 1996 Rijst. 12.I3
Deze demodulator heeft een versterking van 20 dB en een ruisfactor van 21 dB. De middenfrequentie kan worden geselecteerd tussen 0 en 200 MHz. De amplitude van de uitgangssignalen neemt toe tot 1,5 V met toenemende frequentie.
Eerder onderzochten we signalen met fase- en frequentiemodulatie PM en FM. In dit artikel zullen we de problemen onderzoeken van het isoleren van de informatiecomponent van een banddoorlaatradiosignaal tijdens hoekmodulatie. Er wordt aangenomen dat de lezer bekend is met het werkingsprincipe van een lokale kwadratuuroscillator.Stel dat er een ingangsbanddoorlaatsignaal is met fasemodulatie:
| (1) |
Waar is de amplitude van het ingangssignaal, is de draaggolffrequentie van het signaal, is de faseafwijking van het PM-signaal (fasemodulatie-index) en is het modulerende signaal dat moet worden geëxtraheerd.
Er wordt aangenomen dat het modulerende signaal de eenheid in grootte niet overschrijdt.
Met behulp van een lokale kwadratuuroscillator selecteren we de fase-omhullende van het signaal, zoals weergegeven in figuur 1.
Figuur 1: Complexe envelopextractie met behulp van een lokale kwadratuuroscillator
Na vermenigvuldiging van het oorspronkelijke signaal met kwadratuurcomponenten verkrijgen we:
 |
(4) |
Uit uitdrukking (3) kunnen we uitdrukken:
| (7) |
Incoherente ontvangst resulteert dus in de toevoeging van een lineaire component die evenredig is met de frequentieontstemming plus een willekeurige beginfase van het gedemoduleerde signaal. In dit geval begint het tweede effect te verschijnen, namelijk de periodiciteit van de boogtangens. Als de lineaire term in modulus overschrijdt, zal de uitvoer, vanwege de periodiciteit van de boogtangens, een "zaag" zijn, zoals weergegeven in figuur 2. Om de periodiciteit te elimineren, worden boogtangens-unwrap-functies (unwrap-functies) gebruikt.
Figuur 2: Effect van boogtangensperiodiciteit
Er is dus een coherente verwerking nodig om het PM-signaal te ontvangen, anders kan het gedemoduleerde signaal vervormd raken. In de praktijk wordt analoge PM-modulatie vanwege deze nadelen niet veel gebruikt. Digitale fasemodulatie, wanneer het modulerende signaal digitaal is, heeft echter een enorme toepassing gevonden. Bij digitale fasemodulatie bestaat het modulerende signaal uit rechthoekige pulsen en verandert de fase abrupt en wordt faseverschuivingssleutel PSK verkregen, maar dit zal in de volgende secties in meer detail worden besproken. We keren terug naar frequentiemodulatie. Bij FM-frequentiemodulatie wordt het originele modulerende signaal geïntegreerd:
Nadat we de fase-omhullende hebben gedifferentieerd, verkrijgen we de momentane frequentie:
| (10) |
Houd er rekening mee dat na het nemen van de afgeleide de frequentiemismatch alleen de DC-component van het gedemoduleerde signaal beïnvloedt, die doorgaans geen informatie bevat en kan worden geëlimineerd met behulp van een hoogdoorlaatfilter. Vóór differentiatie bleef er echter een boogtangens met ‘ongewenste periodiciteit’ bestaan. Laten we er vanaf komen door de afgeleide van de boogtangens in uitdrukking (10) te berekenen als de afgeleide van een complexe functie:
Het genormaliseerde originele modulerende signaal wordt getoond in Figuur 4. Het originele modulerende signaal voerde frequentie- en fasemodulatie van het signaal uit bij een draaggolffrequentie van 25 kHz met een frequentieafwijking voor FM-modulatie gelijk aan 2 kHz en een PM-faseafwijking gelijk aan 7.
|
|
|
|
|
|
Figuur 5 toont de uitvoer van de fasedetector bij het demoduleren van een PM-signaal.
Het is te zien dat er bij de boogtangensuitgang duidelijke fase-overbelastingen zijn, veroorzaakt door faseperiodiciteit. De onthulling van de arctangens-periodiciteit, met de overeenkomstige normalisaties van de PM- en FM-demodulatoren bij het nauwkeurig afstemmen van de lokale oscillatorfrequentie op de draaggolffrequentie van het FM- en PM-signaal, wordt getoond in figuur 6. Het is duidelijk te zien dat bij het nauwkeurig afstemmen van de lokale oscillatorfrequentie oscillatorfrequentie herhaalt het signaal aan de uitgang van de FM-demodulator het oorspronkelijke modulerende signaal volledig, en wordt de uitgang van de PM-demodulator verschoven door een DC-component die evenredig is met de willekeurige initiële fase.
Het signaal aan de uitgang van de PM- en FM-demodulatoren met een lokale oscillatorfrequentie-ontstemming van respectievelijk 100 (in het geval van een PM-signaal) en 500 Hz (voor een FM-signaal) worden weergegeven in figuur 7. Er kan worden opgemerkt dat de frequentie-ontstemming van een FM-signaal alleen de DC-component aan de uitgang van de FM-demodulator verschuift, terwijl aan de uitgang van de PM-demodulator een lineaire term wordt toegevoegd met een evenredigheidscoëfficiënt afhankelijk van de frequentie-ontstemming van de lokale oscillator.
Laten we nu eens kijken naar de kwestie van het onthullen van de periodiciteit van de boogtangens. Hiervoor worden unwrap-algoritmen gebruikt, waarvan er verschillende opties zijn. De eerste optie is het detecteren van fasesprongen bij de boogtangensuitgang dichtbij radialen. Het werkingsprincipe van dit algoritme wordt getoond in Figuur 8.
Vanwege ruis en signaalbemonstering. In dit geval bestaat de mogelijkheid dat u een fasesprong mist en een onjuist signaal genereert.
De tweede optie om de periodiciteit van de boogtangens te onthullen is als volgt. Het PM-signaal wordt gedemoduleerd met behulp van een FM-demodulator in overeenstemming met (11) met behulp van de structuur getoond in figuur 3. Als resultaat wordt een momentane frequentie verkregen die gelijk is aan de afgeleide van de fase.
Een andere, misschien wel de beste manier om de periodiciteit van de boogtangens te onthullen, die op grote schaal wordt gebruikt in digitale systemen met faseverschuivingssleuteling, is door te voorkomen dat de fase verder toeneemt (dat wil zeggen, de periodiciteit van de boogtangens te voorkomen) door het gebruik van fase-verschuivingssleutels. -vergrendelde lusvolgcircuits, die in dit artikel in detail worden besproken.
Daarom hebben we de problemen van het construeren van PM- en FM-demodulatoren overwogen. Ze toonden aan dat voor een PM-signaal de frequentieontstemming van de lokale oscillator leidt tot een lineaire term aan de uitgang van de PM-demodulator, en in het geval van een FM-signaal, met frequentieontstemming, alleen de constante component aan de uitgang van de PM-demodulator. demodulator verandert.
Er worden uitpakalgoritmen gepresenteerd voor het onthullen van de periodiciteit van de boogtangens. Demodulatoren En modulatoren
zijn converterende apparaten en worden gebruikt om AM-signalen om te zetten in analoge vorm (demodulatoren) en analoge signalen in AM-vorm (modulatoren). Door hun ontwerp zijn deze apparaten omkeerbaar, d.w.z. door de invoer en uitvoer van zo'n apparaat om te wisselen, kun je een modulator van een demodulator krijgen en omgekeerd.
Structureel is de werking van deze converters gebaseerd op het gebruik van snelle schakelapparaten. Als dergelijke apparaten worden mechanische relais (meestal gepolariseerd), diodecircuits of circuits met transistors in sleutelmodi gebruikt. Volgens het ontwerpprincipe zijn demodulatoren en modulatoren enkelgolf of volledige golf.
Halve golfdemodulator op basis van een gepolariseerd relais
Laten we eens kijken naar het werkingsprincipe van een halvegolfdemodulator op basis van een gepolariseerd mechanisch relais. Het convertorcircuit wordt getoond in Fig. 4.3.
Rijst. 4.3. 1 De amplitude-gemoduleerde ingangsspanning wordt toegevoerd aan de primaire wikkeling van de transformator Tr. De spanning die wordt afgenomen van de secundaire wikkeling van de transformator wordt periodiek toegevoerd aan de uitgang van de demodulator in overeenstemming met de polariteit van de netspanning die wordt geleverd aan de wikkeling van het gepolariseerde relais. Een gepolariseerd relais heeft een groep van drie contacten. Beweegbaar middencontact (2 sluit met een van de extreem vaste 3) of 2, afhankelijk van de polariteit van de netspanning die aan de relaiswikkeling wordt geleverd. De demodulator gebruikt slechts één vast contact
die slechts met één polariteit van de netspanning op de relaiswikkeling sluit. In afb. Figuur 4.4 toont de golfvormen aan de ingangen en uitgang van de demodulator.
Merk op dat de polariteit van het uitgangssignaal afhangt van de faserelatie van de ingangs- en netwerksignalen. In het geval getoond in Fig. 4.4 leidt het samenvallen van de fasen van het netwerk en ingangssignalen tot het verschijnen van positieve halve cycli van het ingangssignaal aan de demodulatoruitgang. In het geval dat de fasen van het netwerk en de ingangssignalen over 180° ten opzichte van elkaar worden verschoven, verschijnen er negatieve nulcycli van het ingangssignaal aan de uitgang van de demodulator. Dit is de reden waarom demodulatoren soms worden genoemd fasegevoelige gelijkrichters(FChV).
Het rimpelniveau van het uitgangssignaal van de demodulator is vrij hoog en om dit af te vlakken wordt een laagdoorlaatfilter gebruikt, weergegeven in figuur 2. 4.3 stippellijn. Dit filter is een passief aperiodisch (traagheids) element. Typisch de rol van een weerstand met weerstand Als voert de interne actieve weerstand uit van de ingangssignaalbron van de demodulator, gereduceerd tot de uitgangswikkeling van de transformator Tr, en de waarde van de condensatorcapaciteit Sf is geselecteerd. Deze keuze hangt af van de tijdconstante van een dergelijk filter, die is gedefinieerd als T f = IK F S F. Hoe groter deze constante, hoe effectiever de pulsaties worden afgevlakt.
Laten we de transmissiecoëfficiënt van een dergelijke demodulator schatten op een eenheidstransmissiecoëfficiënt van de ingangstransformator. Laat de amplitude van het amplitudegemoduleerde ingangssignaal vast zijn. Dan
De vorm van het uitgangssignaal van de demodulator wordt in dit geval getoond in Fig. 4,5, A. Dit signaal kan worden weergegeven als een som van twee componenten: een constante component U 0 en een variabele (pulserende) component Yx(t), respectievelijk getoond in Fig. 4,5, biv.
Door de gemiddelde waarde van het uitgangssignaal over een periode en verder te schatten, waarbij we de verhouding nemen van de gemiddelde waarde van het uitgangssignaal tot de amplitude van het AM-ingangssignaal, verkrijgen we de transmissiecoëfficiënt van een demodulator met één cyclus:
Fourierreeksuitbreiding van de variabele component Y,(?), getoond in Fig. 4.5, in, op periode T geeft de waarde van de amplitude van de belangrijkste (eerste) gar-
En, Urn
Monica U (= -.
Rijst. 45. De vorm van het uitgangssignaal van de demodulator bij een vaste amplitude van het AM-signaal aan de ingang ( A), constante component (B) en variabele component (in) van het uitgangssignaal
De frequentie van deze harmonische is dezelfde als de draaggolffrequentie. Alle harmonischen met hogere getallen hebben afnemende amplitudes. De mate van afname hangt rechtstreeks af van de waarde van het harmonische getal. Bovendien, hoe hoger het harmonische getal in de uitbreiding van de variabele component K,(0 aan de uitgang van de demodulator, hoe meer het zal worden verzwakt door een filter in de vorm van een traagheidsverbinding. Daarom is het noodzakelijk om te proberen om de fundamentele (eerste) harmonische zoveel mogelijk glad te strijken. Alle andere harmonischen met hogere getallen worden meer verzwakt.
Terugkerend naar de tijdconstante van het filter aan de uitgang van de demodulator, moet eraan worden herinnerd dat dit filter de volgorde van de karakteristieke vergelijking van het open-lussysteem verhoogt en kan leiden tot een verslechtering van de kwaliteit van het gesloten-lussysteem. en zelfs tot verlies van stabiliteit als de stijging excessief is. Tf. In de praktijk streven ze er bij het kiezen van de filtertijdconstante naar om aan de ongelijkheid te voldoen
waarbij ср de afsnijfrequentie van het open-lussysteem is.
De laatste ongelijkheid garandeert een extra faseverschuiving bij de afsnijfrequentie van het open-lussysteem, die -5° niet overschrijdt.
De belangrijkste nadelen van demodulatoren en modulators op basis van mechanische relais zijn hun relatief lage betrouwbaarheid en beperkte werkfrequentie, niet hoger dan 1 kHz. Om deze tekortkomingen te elimineren, worden dergelijke converters gebouwd met behulp van halfgeleiderdiodes of met behulp van transistors in sleutelmodi. Diodecircuits komen minder vaak voor omdat ze een zorgvuldige selectie van diodes en ballastweerstanden vereisen om de circuits in evenwicht te brengen bij afwezigheid van een ingangssignaal. Om deze redenen zullen we er niet verder op ingaan. Indien nodig kunt u de relevante literatuur raadplegen.
