демодулятор ам- и чт-сигналов

Формула изобретения

Демодулятор AM- и ЧТ-сигналов, содержащий восемь умножителей сигналов, два фильтра низкой частоты (ФНЧ), два усилителя с коэффициентом усиления К_у=2, два генератора синусоидальных колебаний, умножитель частоты на 2, два фазовращателя, осуществляющих сдвиг начальных фаз поступающих на их вход сигналов на 90°, интегратор, пороговое устройство и три сумматора сигналов, причем первый вход первого сумматора сигналов подключен к выходу первого умножителя сигналов, первый вход которого соединен с первыми входами второго и третьего умножителей сигналов и является входом устройства, а второй вход соединен с выходом первого генератора синусоидальных колебаний, первым входом четвертого умножителя сигналов и входом первого фазовращателя, выход которого соединен с первым входом пятого умножителя сигналов, второй вход которого соединен с выходом второго фазовращателя, а выход - со вторым входом третьего умножителя сигналов, выход которого соединен со входом интегратора, выход которого соединен со входом порогового устройства, выход которого является выходом информационной оценки сигнала ЧТ, выход же первого сумматора сигналов соединен со входом первого ФНЧ, выход которого соединен со вторым входом шестого умножителя сигналов и входом первого усилителя с коэффициентом усиления К_у=2, выход которого является выходом устройства, на котором присутствует оценка амплитуды AM-сигнала, первый же вход шестого умножителя сигналов соединен с выходом второго генератора синусоидальных колебаний, со входом второго фазовращателя, входом умножителя частоты на 2, выход которого соединен с первым входом седьмого умножителя сигналов, второй вход которого соединен с выходом второго ФНЧ и входом второго усилителя с коэффициентом усиления К_у=2, кроме того, первый вход шестого умножителя сигналов соединен с первым входом восьмого умножителя сигналов, второй вход которого подключен к выходу второго усилителя с коэффициентом усиления К_у=2, а выход - ко второму входу первого сумматора сигналов, кроме того, первый вход шестого умножителя сигналов соединен со вторым входом четвертого умножителя сигналов, выход которого соединен со вторым входом второго умножителя сигналов, выход которого соединен с первым входом второго сумматора сигналов, второй вход которого соединен с выходом шестого умножителя сигналов, а выход соединен с первым входом третьего сумматора сигналов, второй вход которого соединен с выходом седьмого умножителя сигналов, а выход соединен со входом второго ФНЧ.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области радиосвязи и может быть использовано в системах радиосвязи для организации одновременного обмена амплитудно-модулированной (AM) телефонной информацией и информацией передачи данных (ЧТ) по одному каналу радиосвязи.

Известны схемы демодуляторов сигналов с амплитудной модуляцией (AM), с частотной модуляцией (ЧМ), с частотной телеграфией (ЧТ), с фазовой модуляцией (ФМ), а также с одновременной модуляцией нескольких параметров сигнала одним и тем же информационным сообщением [В.И.Тихонов, Н.К.Кульман. Нелинейная фильтрация и квазикогерентный прием сигналов. Москва, «Советское радио», 1975].

Однако известные схемы не позволяют одновременно осуществить демодуляцию нескольких (двух и более) сигналов, в которых содержатся разные сообщения.

Наиболее близким к заявляемому изобретению, в части демодуляции AM сигнала, является демодулятор AM радиосигнала [там же, рис.4.21 (а)]. Он осуществляет квазикогерентную демодуляцию AM сигнала.

Однако в качестве прототипа его использовать нельзя, так как данный демодулятор не позволяет наряду с демодуляцией AM сигнала осуществить одновременную демодуляцию сигнала ЧТ.

Основной задачей заявляемого изобретения является разработка демодулятора, который позволял бы наряду с демодуляцией AM сигнала обеспечить одновременную демодуляцию сигнала ЧТ.

Указанный технический результат достигается тем, что демодулятор AM и ЧТ сигналов содержит восемь умножителей частоты, два фильтра низких частот (ФНЧ), два усилителя с коэффициентом усиления К_у=2, умножитель частоты на 2, два фазовращателя, осуществляющих сдвиг начальных фаз поступающих на их вход сигналов на 90°, два генератора синусоидальных колебаний, интегратор, пороговое устройство и три сумматора сигналов, причем первый вход первого сумматора сигналов подключен к выходу первого умножителя сигналов, первый вход которого соединен с первыми входами второго и третьего умножителей сигналов и является входом устройства, а второй вход соединен с выходом первого генератора синусоидальных колебаний, первым входом четвертого умножителя сигналов и входом первого фазовращателя, выход которого соединен с первым входом пятого умножителя сигналов, второй вход которого соединен с выходом второго фазовращателя, а выход - со вторым входом третьего умножителя сигналов, выход которого соединен со входом интегратора, выход которого соединен со входом порогового устройства, выход которого является выходом информационной оценки сигнала ЧТ, выход же первого сумматора сигналов соединен со входом первого ФНЧ, выход которого соединен со вторым входом шестого умножителя сигналов и входом первого усилителя с коэффициентом усиления К_у=2, выход которого является выходом устройства, на котором присутствует оценка амплитуды AM сигнала, первый же вход шестого умножителя сигналов соединен с выходом второго генератора синусоидальных колебаний, со входом второго фазовращателя, входом умножителя частоты на 2, выход которого соединен с первым входом седьмого умножителя сигналов, второй вход которого соединен с выходом второго ФНЧ и входом второго усилителя с коэффициентом усиления К_у=2, кроме того, первый вход шестого умножителя сигналов соединен с первым входом восьмого умножителя сигналов, второй вход которого подключен к выходу второго усилителя с коэффициентом усиления К_у =2, а выход - ко второму входу первого сумматора сигналов, кроме того, первый вход шестого умножителя сигналов соединен со вторым входом четвертого умножителя сигналов, выход которого соединен со вторым входом второго умножителя сигналов, выход которого соединен с первым входом второго сумматора сигналов, второй вход которого соединен с выходом шестого умножителя сигналов, а выход соединен с первым входом третьего сумматора сигналов, второй вход которого соединен с выходом седьмого умножителя сигналов, а выход соединен со входом второго ФНЧ.

При этом демодулятор AM и ЧТ сигналов состоит из трех каналов:

- канала демодуляции AM сигнала;

- канала оценки амплитуды сигнала ЧТ;

- канала, выделяющего полезную информацию из сигнала ЧТ.

На чертеже показана структурная схема заявляемого демодулятора.

Канал демодуляции AM сигнала содержит первый умножитель 1 сигналов, на входы которого одновременно приходит сумма AM и ЧТ модулированных сигналов от усилителя промежуточной частоты приемника, первый сумматор 2 сигналов, первый фильтр 3 низких частот (ФНЧ), первый усилитель 4 с коэффициентом усиления К _у=2, восьмой умножитель 5 сигналов и первый генератор 14 синусоидальных колебаний.

Канал оценки амплитуды сигнала ЧТ содержит второй умножитель 6 сигналов, второй сумматор 7 сигналов, третий сумматор 8 сигналов, второй фильтр 9 низких частот (ФНЧ), второй усилитель 10 с коэффициентом усиления К_у=2, четвертый умножитель 11 сигналов, шестой умножитель 12 сигналов, седьмой умножитель 13 сигналов, первый генератор 14 синусоидальных колебаний, второй генератор 15 синусоидальных колебаний и умножитель 16 частоты на 2.

Канал информационной оценки сигнала ЧТ содержит первый фазовращатель 17 на 90°, второй фазовращатель 18 на 90°, пятый умножитель 19 сигналов, третий умножитель 20 сигналов, интегратор 21 и пороговое устройство 22.

Канал демодуляции AM сигнала работает следующим образом.

С выхода усилителя промежуточной частоты (УПЧ) приемника на вход демодулятора, в частности на первый вход первого умножителя 1, поступает входной сигнал:

где А_AM(t) - амплитуда AM сигнала, несущая полезную информацию;

₀ - промежуточная круговая частота сигнала, известная при приеме;

₀ - известная начальная фаза сигнала;

А_ЧТ(t) - случайная (неизвестная при приеме) амплитуда сигнала частотной манипуляции (ЧТ);

± t - девиация частоты (частотный сдвиг) сигнала ЧТ, несущая полезную информацию (если + t - то передается «1», если - t - то передается «0»).

На второй вход первого умножителя 1 от первого генератора 14 поступает сигнал:

Первый умножитель 1 осуществляет умножение сигналов U_ВХ(t) (1) и U₁₄ (2). В результате, если входной сигнал U_ВХ(t) имеет вид:

U_ВХ (t)=А_АМ(t)cos( ₀t+ ₀)+A_ЧТ(t)cos( ₀t+ t+ ₀),

то на выходе первого умножителя 1 имеем колебание вида:

Далее напряжение с выхода первого умножителя 1 поступает на первый вход первого сумматора сигналов 2, где из него вычитается напряжение, образующееся на выходе восьмого умножителя 5 и поступающее на второй вход первого сумматора 2:

где А^* _ЧТ(t) - оценка амплитуды сигнала ЧТ.

При высокой точности оцениваемых параметров А^* _ЧТ(t) А_ЧТ(t), поэтому на выходе первого сумматора 2 имеем:

С выхода первого сумматора 2 напряжение U ₂(5) поступает на вход первого ФНЧ 3, с частотой среза много меньше 2 ₀t, поэтому на выходе первого ФНЧ 3 имеем:

Это напряжение затем усиливается в первом усилителе 4 с коэффициентом усиления К_у=2, поэтому на выходе усилителя имеем оценку амплитуды AM сигнала:

Если входной сигнал U_ВХ(t) имеет вид:

U_ВХ(t)=A_АМ(t)cos( ₀t+ ₀)+A_ЧТ(t)cos( ₀t- t+ ₀),

то напряжение на выходе умножителя 1 будет следующее:

Однако, так как cos(- t)=cos( t), выражение (8) становится равным выражению (3), и все остальные выкладки, полученные выше, становятся справедливыми и для этого случая.

В случае, если во входном сигнале демодулятора отсутствует сигнал ЧТ, будет отсутствовать и напряжение на втором входе первого сумматора 2 (4), так как в этом случае А^* _ЧТ(t)=0, и канал демодуляции AM сигнала работает обычным образом.

Канал оценки амплитуды ЧТ сигнала работает следующим образом.

С выхода усилителя промежуточной частоты (УПЧ) приемника на вход демодулятора, в частности на первый вход второго умножителя 6, поступает входной сигнал (1).

Сначала рассмотрим случай:

U_ВХ=А_АМ(t)cos( ₀t+ ₀)+А_ЧТ(t)cos( ₀t+ t+ ₀).

С выхода четвертого умножителя 11 на второй вход второго умножителя 6 поступает напряжение:

Тогда напряжение на выходе второго умножителя 6 имеет вид:

С выхода второго умножителя сигналов 6 напряжение (10) поступает на первый вход второго сумматора 7.

На второй вход сумматора 7 поступает напряжение с выхода шестого умножителя 12, которое вычитается из напряжения (10):

где А^* _АМ(t) - оценка амплитуды AM сигнала.

При высокой точности оцениваемых параметров А^* _АМ(t) А_АМ(t), поэтому на выходе второго сумматора 7 имеем:

Напряжение (12) поступает на первый вход третьего сумматора 8. На второй вход третьего сумматора 8 поступает напряжение с седьмого умножителя 13, которое вычитается из напряжения (12):

где A^* _ЧТ(t) - оценка амплитуды ЧТ сигнала.

При высокой точности оцениваемых параметров А^* _ЧТ(t) А_ЧТ(t), поэтому на выходе третьего сумматора 8 имеем:

С выхода сумматора 8 напряжение U₈ (14) поступает на вход второго ФНЧ 9, с частотой среза много меньше 2 ₀t, поэтому на выходе второго ФНЧ 9 имеем:

Это напряжение затем усиливается во втором усилителе с коэффициентом усиления К_у=2, поэтому на выходе этого усилителя имеем оценку амплитуды ЧТ сигнала:

Если входной сигнал U_ВХ(t) имеет вид:

U_ВХ(t)=A_АМ(t)cos( ₀t+ ₀)+A_ЧТ(t)cos( ₀t- t+ ₀), то работа канала оценки амплитуды сигнала ЧТ не изменится, так как cos(- t)=cos( t).

Канал информационной оценки сигнала ЧТ работает следующим образом.

С выхода усилителя промежуточной частоты (УПЧ) приемника на вход канала информационной оценки сигнала ЧТ, в частности на первый вход третьего умножителя 20, поступает входной сигнал (1).

Сначала рассмотрим случай:

U _ВХ(t)=А_АМ(t)cos( ₀t+ ₀)+А_ЧТ(t)cos( ₀t+ t+ ₀).

С выхода пятого умножителя 19 на второй вход третьего умножителя 20 поступает напряжение:

тогда напряжение на выходе умножителя 20 имеет вид:

Это напряжение поступает на вход интегратора 21.

Первое, третье и четвертое слагаемое выражения (18) изменяются во времени с частотой 2 ₀t и 2 t. Поэтому эффект их интегрирования за время длительности элементарной посылки Т₀ очень мал, и этими слагаемыми можно пренебречь.

На выходе интегратора будем иметь:

При входном сигнале:

U_ВХ(t)=А _ам(t)cos( ₀t+ ₀)+A_ЧТ(t)cos( ₀t- t+ ₀), напряжение на выходе третьего умножителя 20 имеет вид:

Тогда на выходе интегратора 21 имеем:

С выхода интегратора 21 напряжение (19) или (21) поступает на вход порогового устройства 22, которое сравнивает U₂₁ с нулевым значением.

Если U₂₁ >0, то принимается решение, что передавался «0».

Если U₂₁<0, то принимается решение, что передавалась «1».

Применение предлагаемого демодулятора в радиостанциях позволит осуществить одновременное ведение телефонных переговоров в режиме AM и передачи данных в режиме ЧТ в едином радиоканале.