СПОСОБ ДЕМОДУЛЯЦИИ АМПЛИТУДНО-МОДУЛИРОВАННОГО СИГНАЛА Российский патент 2020 года по МПК H03D1/24 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к обработке амплитудно-модулированных радиосигналов, в частности к способам и устройствам для демодуляции амплитудно-модулированных радиосигналов включая их селекцию, широко применяемой в технологии анализа восстановления и шифрования передаваемой информации.

Уровень техники

Традиционные способы и устройства демодуляции амплитудно-модулированных сигналов (АМС) состоят из выполнения следующих операций. От источника АМС подают на нелинейный элемент, с его помощью разрушают спектр АМС на высокочастотные и низкочастотные составляющие. С помощью фильтра нижних частот (ФНЧ) выделяют низкочастотные составляющие колебания, амплитуда которых изменяется по закону изменения огибающей АМС. С помощью разделительной емкости, включенной в продольную цепь, устраняют постоянную составляющую и низкочастотную переменную составляющую подают на нагрузку.

К таким способам относится и способ (патент RU 2373631) амплитудной демодуляции амплитудно-модулированных радиочастотных сигналов в котором решается задача помехоустойчивости и увеличения рабочей полосы частот за счет оптимизации входного четырехполюсника, отвечающего за глубину амплитудной модуляции и, дополнительно, за счет оптимизации места включения нелинейного элемента

Недостатком предложенного способа является невозможность разделения сигналов в условиях частичного или полного перекрытия частотных полос распространения сигналов.

За прототип принят известный способ (патент RU 2342772) обработки амплитудно-модулированного сигнала, содержащего область верхней боковой полосы и область нижней боковой полосы демодулируемого сигнала, в котором за счет использования операции взвешивания демодулирированных областей боковых полос, учитывающую мощность шумов в селектируемой полосе приема, формируют демодулированный сигнал верхней боковой полосы и демодулированный сигнала нижней боковой полосы с последующим суммированием сформированных взвешенных демодулированных сигналов боковых полос для формирования демодулируемого сигнала. В способе обработка сигналов происходит в узких частотных диапазонах, что позволяет для каждой пары зеркальных полос использовать свой весовой коэффициент.

Недостатком способа является невозможность эффективно обрабатывать сигналы в условиях частичного или полного перекрытия частотных полос распространения сигналов. В случае необходимости передачи нескольких произвольных аналоговых сигналов с взаимным частичным или полным перекрытием их частотных полос разделение сигналов становится крайне затруднительно.

Целью изобретения является разработка способа, обладающего повышенной эффективностью передачи, приема выделения и анализа принятой информации в условиях использования для передачи сигналов совмещенных частотных полос.

Техническим результатом, достигаемым при реализации способа, является увеличение производительности передачи информации, что способствует расширению технических возможностей электронных устройств, создаваемых при применении данного способа.

Сущность изобретения

Технический результат достигают тем, что реализуют способ обработки амплитудно-модулированного радиосигнала, содержащего область верхней боковой полосы и область нижней боковой полосы, характеризующийся тем, что выделяют и суммируют амплитудно-частотный состав разностных частот сигналов в боковых частотных областях относительно несущей частоты демодулируемого сигнала при совпадении амплитуд равных разностных частот относительно несущей частоты, формируя в амплитудно-временной области собственно демодулированный сигнал.

Использование амплитудно-модулированных радиочастот каждого сигнала со своей несущей частотой формирует в эфире симметричные области амплитудно-частотного состава каждого сигнала со своими боковыми полосами относительно своей несущей частоты. Сравнение частотных областей сигналов с учетом их симметрии относительно своей несущей частоты может позволить выявить именно тот амплитудно-частотный состав сигнала, сумма которых и составит демодулированный сигнал.

Анализ верхней и нижней частотных полос демодулируемого сигнала позволяет выявить амплитудно-частотный состав каждой из боковых полос и сравнить их с учетом их «зеркальности» - равенстве разностных частот и амплитуд относительно несущей частоты. При совпадении амплитуд равных разностных частот, сигналы суммируют, формируя, таким образом, в амплитудно-временной области демодулируемый сигнал.

Амплитудно-модулированный однотоновый сигнал имеет вид:

a _am(t)=А₀⋅[1+m⋅cos(Ω⋅t+ϕ)]⋅cos(ω₀⋅t), Ω<<ω₀

где: A₀ - амплитуда несущего колебания, Ω - частота однотоновой амплитудной модуляции, ϕ - начальная фаза однотоновой модуляции, ω₀ - модулируемая частота - несущая, m - коэффициент амплитудной модуляции, значения которого лежат в диапазоне 0≤m≤1.

Амплитудно-модулированный однотоновый сигнал также имеет вид:

a _am(t)=A₀⋅cos(ω₀⋅t)+0,5⋅A₀⋅m⋅cos[(ω₀-Ω)⋅t-ϕ]+0,5⋅A₀⋅m⋅cos[(ω₀+Ω)⋅t+ϕ]

Сформированный сигнал состоит из трех гармоник: центральной с частотой ω₀, смещенной верхней частотой (ω₀+Ω), нижней частотой (ω₀-Ω) относительно ω₀. Таким образом, однотоновое амплитудно-модулированное колебание, занимает полосу 2Ω. При этом разностные частоты в боковых полосах будут равны Ω, а амплитуда разностных частот будет равна 0,5⋅А₀⋅m.

Каждая гармоника исходного спектра порождает нижнюю и верхнюю боковые зеркальные гармоники. Аналогично однотоновому сигналу будут вести себя гармоники произвольного сигнала с тем замечанием, что частоты этих гармоник будут зеркальны относительно ω₀ и смещены в верхнюю полосу частотами [ω₀+Ω_n(t)] и в нижнюю полосу частотами [ω₀-Ω_n(t)]. Амплитуды гармоник будут величиной mA₀K_n(t)/2 соответственно, представляя собой «мгновенный спектр» произвольного сигнала. Где: n - натуральное число, соответствующее номеру гармоники произвольного сигнала, K_n(t) - коэффициент отражающий величину амплитуды гармоники с частотой [ω₀-Ω_n(t)] и гармоники с частотой [ω₀+Ω_n(t)]. В таком представлении разностные частоты будут равны Ω_n(t).

Современный подход к уплотнению количества переданной информации в эфире в условиях ограниченной ширины разрешенной полосы радиосигналов опирается на усложнение модуляции несущей частоты при обеспечении отсутствия частот других сигналов на используемой частотной полосе эфира на время передачи сигнала (частотно-временное разделение).

Использование свойства амплитудно-модулированного радиосигнала: его зеркального частотного состава, формирующего боковые частотные полосы относительно несущей частоты, может позволить выделить амплитудно-модулированный радиосигнал на используемой частотной полосе, не освобождая ее от других сигналов. Это позволит уплотнить количество информации, передаваемой в данной частотной полосе за определенный промежуток времени.

Следует отметить, что совпадения частотного состава произвольных сигналов в выделенной частотной полосе непостоянны во времени и выделение гармонического состава сигналов можно сделать динамическим - через формирование «мгновенного спектра». Это возможно, поскольку после цифровой фильтрации, фиг. 1, «мгновенные» частоты со своими амплитудами mA₀K_n(t)/2, фиг. 2, каждого сигнала занимают свою активную полосу частотного спектра как функции от времени на своей несущей частоте.

(Финк Л.М. «Сигналы помехи ошибки…» М: Радио и связь, 1984; Харкевич А.А. «Спектры и анализ» М.: Книжный дом «ЛИБРОКОМ», 2009).

Более подробно предлагаемый способ будет описан ниже при описании работы устройства для осуществления предлагаемого способа.

Краткое описание фигур чертежей.

На фиг. 1 изображена блок схема способа.

На фиг. 2 изображен амплитудно-частотный состав сигнала.

Предлагаемый способ включает аналогово-цифровой преобразователь - АЦП, поз.1; цифровые фильтры разностных частот верхней полосы - ЦФВП1, …, ЦФВПn, поз. 2, 4,; цифровые фильтры разностных частот нижней полосы - ЦФНП1, …, ЦФНПn, поз. 3, 5; пиковые детекторы-компараторы, поз. 6, 7; генераторы разностных частот Ω₁, …, Ω_n, поз. 8, 9; сумматор гармоник разностных частот, поз. 10; цифро-аналоговый преобразователь сигналов, поз. 11.

Осуществление изобретения:

При реализации способа обработки амплитудно-модулированного сигнала выполняется следующая последовательность действий. Совокупность радиосигналов поступает на АЦП, поз. 1. Преобразованная цифровая последовательность от АЦП поступает на узкополосные цифровые фильтры ЦФВП1, …, ЦФВПn, поз. 2, 4 и ЦФНП1, …, ЦФНПn, поз. 3, 5 частотные полосы которых составляют непрерывную частотную полосу существования сигнала, а частотное деление по полосам определяет дискретность разложения сигнала.

Частотные полосы фильтров ЦФВП1, …, ЦФВПn и ЦФНП1, …, ЦФНПn группируются по парно с зеркальной симметрией относительно несущей частоты искомого сигнала.

Цифровая последовательность от каждой зеркальной пары фильтров подается на цифровой пиковый детектор-компаратор величин текущих амплитуд, поз. 6, 7. При совпадении амплитуд от пары фильтров, величина этих амплитуд подается на генератор разностной частоты пары фильтров, поз. 6, 7 для управления амплитудой этой частоты. Подача синтезированного колебания на сумматор, поз. 10 осуществляется тем же детектором-компаратором, поз. 6, 7 с момента обнаружения совпадения амплитуд на период не менее периода этой разностной частоты. Величины пиковых амплитуд в детекторах-компараторах обновляются через половины периодов сигналов от соответствующих полосовых фильтров. Суммарный сигнал, при необходимости иметь его аналоговую форму, подают на ЦАП, поз. 11.

Изобретение относится к обработке амплитудно-модулированных радиосигналов. Технический результат заявленного изобретения заключается в увеличении производительности передачи информации, что способствует расширению технических возможностей электронных устройств. Способ обработки амплитудно-модулированного радиосигнала, содержащего область верхней боковой полосы и область нижней боковой полосы, характеризуется тем, что выделяют и суммируют амплитудно-частотный состав разностных частот сигналов в боковых частотных областях относительно несущей частоты демодулируемого сигнала при совпадении амплитуд равных разностных частот относительно несущей частоты, формируя в амплитудно-временной области собственно демодулированный сигнал. 2 ил.

Способ обработки амплитудно-модулированного радиосигнала, содержащего область верхней боковой полосы и область нижней боковой полосы, отличающийся тем, что для демодуляции сигнала выделяют и суммируют амплитудно-частотный состав разностных частот сигналов в боковых частотных областях относительно несущей частоты демодулируемого сигнала при совпадении амплитуд равных разностных частот относительно несущей частоты, формируя в амплитудно-временной области собственно демодулированный сигнал.