RU2522854C1

RU2522854C1 - Method of demodulating minimum frequency-shift keying signals and apparatus for realsing said method

Info

Publication number: RU2522854C1
Application number: RU2013104773/08A
Authority: RU
Inventors: Владимир Ефремович Засенко; Александр Сергеевич Полетаев; Александр Геннадьевич Ченский
Priority date: 2013-02-04
Filing date: 2013-02-04
Publication date: 2014-07-20

Abstract

FIELD: radio engineering, communication.

SUBSTANCE: method of demodulating minimum frequency-shift keying signals is characterised by that it includes quadrature signal processing, shifting the signal spectrum from the high frequency region to a video frequency region in two concurrently operating quadrature demodulators, wherein the reference frequencies used in one of said channels are quadrature components of the carrier frequency of unit bits of transmitted information, and in the other - zero bits; summation of output signals of the quadrature demodulators is carried out before differentiation; the obtained signal is differentiated; before averaging, the obtained signal is subjected to two-side clipping and amplification. The apparatus includes two quadrature demodulators, two arctangent calculating units, a differentiator, an adder, a two-side clipper, an amplifier and an averaging circuit.

EFFECT: high noise-immunity and reliability of receiving signals with minimum frequency shift by using intersymbol link properties.

2 cl, 9 dwg

Description

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в системах цифровой связи, радионавигации, радиотелеметрии и других радиотехнических системах, в которых применяется сигналы с минимальной частотной манипуляцией с непрерывной фазой.The invention relates to radio engineering and can be used in digital communication systems, radio navigation, radio telemetry and other radio engineering systems that use signals with minimal frequency manipulation with a continuous phase.

Заявляемое изобретение относится к приоритетному направлению развития науки и технологий «Технологии обработки, хранения, передачи и защиты информации» [Алфавитно-предметный указатель к Международной патентной классификации по приоритетным направлениям развития науки и технологий / Ю.Г.Смирнов, Е.В.Скиданова, С.А.Краснов. - М.: ПАТЕНТ, 2008. - с.49].The claimed invention relates to a priority area for the development of science and technology "Technologies for processing, storage, transmission and protection of information" [Alphabetical index to the International Patent Classification in priority areas for the development of science and technology / Yu.G. Smirnov, E.V. Skidanova, S.A. Krasnov. - M .: PATENT, 2008. - p. 49].

Одной из особенностей передачи двоичной информации методом минимальной частотной манипуляции является отсутствие разрывов фазы на границах смены посылок с отличающейся частотой заполнения, отображающих двоичные символы передаваемой информации. Непрерывность фазы является одним из положительных свойств этих сигналов, благодаря которому сигналы с минимальной частотной манипуляцией более эффективно используют частотное пространство. Но отсутствие явных границ и минимальный частотный разнос между двоичными посылками затрудняют решение задачи демодуляции сигналов с минимальной частотной манипуляцией.One of the features of the transmission of binary information by the method of minimal frequency manipulation is the absence of phase discontinuities at the boundaries of the change of parcels with different fill rates, displaying binary characters of the transmitted information. Phase continuity is one of the positive properties of these signals, due to which signals with minimal frequency manipulation more efficiently use the frequency space. But the lack of obvious boundaries and the minimum frequency spacing between binary packages make it difficult to solve the problem of demodulation of signals with minimal frequency manipulation.

Широкое распространение для детектирования сигналов с частотной модуляцией получили некогерентные детекторы, результат работы которых не зависит от фазы несущей частоты принимаемого сигнала. В некогерентных детекторах используются способы детектирования, в которых частотная модуляция преобразуется в другие виды модуляции (амплитудную, фазовую или в последовательность импульсов) с последующим применением амплитудного, фазового или импульсного детектора [Радиоприемные устройства: учебник для вузов / Н.Н.Фомин, Н.Н.Буга, О.В.Головин и др.; Под редакцией Н.Н.Фомина. - 3-е издание, стереотип. - М.: Горячая линия - Телеком, 2007. - с.205-222].Incoherent detectors are widely used for detecting signals with frequency modulation, the result of which does not depend on the phase of the carrier frequency of the received signal. Incoherent detectors use detection methods in which frequency modulation is converted to other types of modulation (amplitude, phase or pulse train) with the subsequent use of an amplitude, phase or pulse detector [Radio receivers: textbook for high schools / N.N. Fomin, N. N. Bug, O.V. Golovin and others; Edited by N.N. Fomin. - 3rd edition, stereotype. - M .: Hot line - Telecom, 2007. - p.205-222].

Основным достоинством этих способов является простота устройств, а главными недостатками являются низкая помехоустойчивость и низкая чувствительность устройств детектирования - они практически непригодны для демодуляции сигналов, передаваемых посредством частотной манипуляции с минимальным сдвигом.The main advantage of these methods is the simplicity of the devices, and the main disadvantages are low noise immunity and low sensitivity of the detection devices - they are practically unsuitable for demodulation of signals transmitted by frequency shift keying with minimal shift.

Существуют способы детектирования сигналов с частотной манипуляцией, основанные на переносе спектра сигнала с высокой частоты в область видеочастот с помощью квадратурной обработки принятого сигнала, например, способ в [Скляр Б. Цифровая связь. Теоретические основы и практическое применение / Бернард Скляр. - 2-е изд., испр., пер. с англ. - М.: Вильяме, 2003. - с.225, 235]. Квадратурная обработка предусматривает двухканальную обработку, при которой входной сигнал u_c(t) умножается на синфазную составляющую опорного колебания в одном канале и квадратурную составляющую в другом.There are methods for detecting signals with frequency manipulation, based on the transfer of the spectrum of the signal from high frequency to the video frequency region using quadrature processing of the received signal, for example, the method in [Sklyar B. Digital communication. Theoretical foundations and practical application / Bernard Sklyar. - 2nd ed., Rev., Trans. from English - M.: William, 2003. - p.225, 235]. Quadrature processing involves two-channel processing, in which the input signal u _c (t) is multiplied by the in-phase component of the reference oscillation in one channel and the quadrature component in the other.

При совпадении несущей частоты принимаемого сигнала с частотой опорного колебания на входах перемножителя и пропускании полученных в каждом канале произведений сигнала и опорного колебания через фильтры нижних частот получают низкочастотные квадратурные составляющие - синфазную I(t) и квадратурную Q(t) компоненты принимаемого сигнала в виде положительных или отрицательных уровней постоянного тока, в которых содержится вся информация об амплитуде и фазе принимаемого сигнала. Устройство, действующее по изложенному выше способу, называется квадратурным демодулятором (квадратурным преобразователем).If the carrier frequency of the received signal coincides with the frequency of the reference oscillation at the inputs of the multiplier and the products of the signal and reference oscillation obtained in each channel are transmitted through the low-pass filters, low-frequency quadrature components are obtained - in-phase I (t) and quadrature Q (t) components of the received signal in the form of positive or negative DC levels, which contain all the information about the amplitude and phase of the received signal. A device operating according to the above method is called a quadrature demodulator (quadrature transducer).

В случае несовпадения несущей частоты сигнала и частоты опорного колебания на выходах фильтров нижних частот получаются смещенные квадратурные составляющие: отрезки низкочастотных колебаний с частотой, равной разности частот опорного колебания и принимаемого сигнала.In the case of a mismatch between the carrier frequency of the signal and the frequency of the reference oscillation at the outputs of the low-pass filters, biased quadrature components are obtained: segments of low-frequency oscillations with a frequency equal to the difference between the frequencies of the reference oscillation and the received signal.

В квадратурных компонентах, полученных в результате работы квадратурного демодулятора, содержится полная информация о комплексной огибающей сигнала (т.е. об амплитуде и фазе), поэтому квадратурный демодулятор является универсальным устройством. Однако для выделения информационного сигнала требуется дополнительная обработка этих компонент, которая зависит от вида модуляции.The quadrature components obtained as a result of the operation of the quadrature demodulator contain complete information about the complex envelope of the signal (i.e., amplitude and phase), therefore, the quadrature demodulator is a universal device. However, to extract the information signal, additional processing of these components is required, which depends on the type of modulation.

Известен способ квадратурного приема частотно-манипулированных сигналов с минимальным сдвигом [патент на изобретение RU №2192101, МПК H04L 27/14, авторы Карлов A.M., Волхонская Е.В., Авдеев Е.Н., опубликовано 27.10.2002], сущность которого заключается в переносе спектра входного сигнала из области высоких частот в область видеочастот путем получения смещенных квадратурных компонент при обработке сигнала в квадратурном демодуляторе с использованием в качестве опорных сигналов квадратурных составляющих центральной частоты, дифференцирования выделенных фильтрами нижних частот смещенных квадратурных составляющих сигнала с целью преобразования частотной манипуляции в амплитудную, с применением ряда операций над квадратурными составляющими сигнала (сложения, вычитания, умножения) для получения суммы информационного сигнала и колебания полутактовой частоты (частоты девиации), выделении информационного сигнала путем вычитания из полученной суммы специально сформированного противофазного колебания полутактовой частоты.The known method of quadrature reception of frequency-manipulated signals with minimal shift [patent for invention RU No. 2192101, IPC H04L 27/14, authors Karlov AM, Volkhonskaya EV, Avdeev EN, published October 27, 2002], the essence of which is in the transfer of the spectrum of the input signal from the high-frequency region to the video-frequency region by obtaining the offset quadrature components when processing the signal in the quadrature demodulator using the quadrature components of the central frequency as reference signals, differentiations are highlighted x low-pass filters of the shifted quadrature components of the signal to convert frequency manipulation to amplitude, using a number of operations on the quadrature components of the signal (addition, subtraction, multiplication) to obtain the sum of the information signal and the half-cycle frequency (deviation frequency), extracting the information signal by subtracting from the sum of the specially generated antiphase oscillations of the half-cycle frequency.

Признаками, совпадающими с существенными признаками заявляемого способа демодуляции сигналов с минимальной частотной манипуляцией, являются: квадратурная демодуляция, применение операций сложения и дифференцирования.Signs that coincide with the essential features of the proposed method of signal demodulation with minimal frequency manipulation are: quadrature demodulation, the use of addition and differentiation operations.

Однако данный способ обладает рядом недостатков, среди которых отметим сложность алгоритма обработки сигнала, необходимость слежения за коэффициентом усиления и задержкой в узле формирования противофазного сигнала полутактовой частоты, что приводит к снижению помехоустойчивости.However, this method has several disadvantages, among which we note the complexity of the signal processing algorithm, the need to monitor the gain and the delay in the node generating the antiphase signal of the half-cycle frequency, which leads to a decrease in noise immunity.

Известно устройство квадратурного приема частотно-манипулированных сигналов [патент на изобретение RU №2425457, МПК H04L 27/14, авторы Карлов A.M., Волхонская Е.В., Иванов Е.В., опубликовано 27.07.2011], реализующее способ по патенту RU №2192101.A device for quadrature reception of frequency-manipulated signals is known [patent for invention RU No. 2425457, IPC H04L 27/14, authors Karlov AM, Volkhonskaya EV, Ivanov EV, published July 27, 2011] that implements the method according to RU patent No. 2192101.

Конструктивными признаками известного устройства, совпадающими с существенными признаками заявляемого устройства демодуляции сигналов с минимальной частотной манипуляцией, являются квадратурный демодулятор и дифференцирующее устройство.Structural features of the known device, coinciding with the essential features of the claimed device demodulation of signals with minimal frequency manipulation, are a quadrature demodulator and a differentiating device.

Недостатком известного устройства по патенту RU №2425457 является то, что данное устройство имеет сложное схемотехническое решение, а также обладает недостаточно высокой помехоустойчивостью.A disadvantage of the known device according to patent RU No. 2425457 is that this device has a complex circuitry solution, and also does not have a sufficiently high noise immunity.

За прототип заявляемого способа принят способ, использованный в реализации устройства для демодуляции частотно-манипулированных сигналов с непрерывной фазой [патент на изобретение RU №2308165, МПК H04L 27/233, H04L 27/14, авторы Стешенко В.Б., Бумагин А.В., Петров А.В., опубликовано 10.10.2007], в котором осуществляется способ переноса спектра сигнала из области высоких частот в область видеочастот путем квадратурной обработки сигнала. Для этого в этом устройстве, принятом в качестве прототипа заявляемого устройства и реализующем способ прототипа, используется квадратурный демодулятор и блок, названный фазовым детектором и выполняющим вычисление арктангенса отношения квадратурной составляющей к синфазной, устройство дифференцирования и устройство усреднения производной фазы с дальнейшим использованием декодера Витерби для получения демодулированного сигнала.The prototype of the proposed method adopted the method used in the implementation of the device for demodulating frequency-manipulated signals with a continuous phase [patent for invention RU No. 2308165, IPC H04L 27/233, H04L 27/14, authors Steshenko VB, Paper A. ., Petrov AV, published 10.10.2007], which implements a method for transferring a signal spectrum from a high frequency region to a video frequency region by quadrature signal processing. For this, in this device, adopted as a prototype of the claimed device and implementing the prototype method, a quadrature demodulator and a unit called a phase detector are used, which performs the calculation of the arctangent of the ratio of the quadrature component in phase, the differentiation device and the derivative phase averaging device with the further use of a Viterbi decoder to obtain demodulated signal.

Признаками способа прототипа, совпадающими с существенными признаками заявляемого способа, являются: квадратурная обработка сигнала для переноса спектра сигнала из области высоких частот в область видеочастот, вычисление временной зависимости изменения фазы, дифференцирование и усреднение.The signs of the prototype method that coincide with the essential features of the proposed method are: quadrature signal processing to transfer the signal spectrum from the high frequency region to the video frequency region, calculating the time dependence of the phase change, differentiation and averaging.

Конструктивными признаками устройства прототипа, совпадающими с существенными признаками заявляемого устройства демодуляции сигналов с минимальной частотной манипуляцией, являются квадратурный демодулятор, блок вычисления арктангенса и дифференциатор.Structural features of the prototype device, which coincides with the essential features of the claimed device demodulation of signals with minimal frequency manipulation, are a quadrature demodulator, arctangent calculation unit and differentiator.

Среди недостатков прототипа необходимо отметить сложность реализации декодера Витерби и необходимость дополнительной обработки сигнала с целью выделения тактовой частоты, необходимой для работы декодера Витерби. Кроме того, применение одного квадратурного демодулятора для обработки принимаемого сигнала недостаточно для раскрытия свойств межсимвольных связей, присущих частотно-манипулированным сигналам с непрерывной фазой, в результате чего не может быть достигнута высокая помехоустойчивость и достоверность приема сигналов с минимальным сдвигом частоты.Among the disadvantages of the prototype, it is necessary to note the complexity of the Viterbi decoder implementation and the need for additional signal processing in order to allocate the clock frequency necessary for the Viterbi decoder to work. In addition, the use of one quadrature demodulator for processing the received signal is not enough to reveal the properties of intersymbol communications inherent in frequency-manipulated signals with a continuous phase, as a result of which high noise immunity and reliability of signal reception with a minimum frequency shift cannot be achieved.

Технический результат изобретения заключается в повышении помехоустойчивости и достоверности приема сигналов с минимальным сдвигом частоты за счет использования свойств межсимвольных связей.The technical result of the invention is to increase the noise immunity and reliability of signal reception with a minimum frequency shift due to the use of intersymbol communication properties.

Технический результат достигается тем, что в способе демодуляции сигналов с минимальной частотной манипуляцией, включающем квадратурную обработку сигнала для переноса спектра сигнала из области высоких частот в область видеочастот, вычисление временной зависимости изменения фазы, дифференцирование и усреднение, перенос спектра сигнала из области высоких частот в область видеочастот осуществляют в двух параллельно работающих квадратурных демодуляторах, по выходным сигналам которых вычисляют временные зависимости изменения фазы.The technical result is achieved by the fact that in the method of demodulating signals with minimal frequency shift keying, including quadrature signal processing for transferring the signal spectrum from the high frequency region to the video frequency region, calculating the time dependence of the phase change, differentiating and averaging, transferring the signal spectrum from the high frequency region to the region video frequencies are carried out in two parallel working quadrature demodulators, the output signals of which calculate the time dependence of the phase change.

При этом в одном из квадратурных демодуляторов в качестве опорных частот используются квадратурные компоненты несущей частоты единичных бит передаваемой информации, а в другом - нулевых бит. Перед дифференцированием осуществляют суммирование полученных временных зависимостей фазы, после чего полученный суммарный сигнал дифференцируют, а перед усреднением продифференцированный сигнал подвергают двустороннему ограничению и усилению.Moreover, in one of the quadrature demodulators, the quadrature components of the carrier frequency of the unit bits of the transmitted information are used as reference frequencies, and in the other, the zero bits. Before differentiation, the obtained time dependences of the phase are summed, after which the resulting total signal is differentiated, and before averaging, the differentiated signal is subjected to two-sided limitation and amplification.

Технический результат изобретения достигается также тем, что устройство демодуляции сигнала с минимальной частотной манипуляцией, содержащее последовательно соединенные квадратурный демодулятор, блок вычисления арктангенса, дифференциатор и схему усреднения, дополнительно содержит второй квадратурный демодулятор, второй блок вычисления арктангенса, сумматор, двухсторонний ограничитель и усилитель, причем дополнительно установленные второй квадратурный демодулятор, второй блок вычисления арктангенса и сумматор включены таким образом, что сигнальный вход второго квадратурного демодулятора соединен с сигнальным входом первого квадратурного демодулятора и входом устройства.The technical result of the invention is also achieved by the fact that the signal demodulation device with minimal frequency shift keying, comprising serially connected quadrature demodulator, arctangent calculation unit, differentiator and averaging circuit, further comprises a second quadrature demodulator, second arctangent calculation unit, adder, two-way limiter and amplifier, moreover additionally installed the second quadrature demodulator, the second arctangent calculation unit and the adder are included in such a way the signal input of the second quadrature demodulator is connected to the signal input of the first quadrature demodulator and the input of the device.

При этом вход для подключения опорного колебания первого квадратурного демодулятора соединен с выходом высокостабильного генератора несущей частоты единичных бит информации, вход для подключения опорного колебания второго квадратурного демодулятора соединен с выходом высокостабильного генератора несущей частоты нулевых бит передаваемой информации.The input for connecting the reference oscillation of the first quadrature demodulator is connected to the output of the highly stable carrier frequency generator of single information bits, the input for connecting the reference oscillation of the second quadrature demodulator is connected to the output of the highly stable carrier frequency generator of zero information bits.

Выходы второго квадратурного демодулятора соединены с входами второго блока вычисления арктангенса, выход первого блока вычисления арктангенса соединен с первым входом сумматора, выход второго блока вычисления арктангенса соединен со вторым входом сумматора, выход сумматора соединен с входом дифференциатора, выход дифференциатора соединен с входом двухстороннего ограничителя, выход которого соединен с входом усилителя, а выход усилителя соединен с входом схемы усреднения, выход которой является выходом устройства.The outputs of the second quadrature demodulator are connected to the inputs of the second arc tangent calculation unit, the output of the first arc tangent calculation unit is connected to the first input of the adder, the output of the second arc tangent calculation unit is connected to the second input of the adder, the output of the adder is connected to the input of the differentiator, the output of the differentiator is connected to the input of the two-way limiter, the output which is connected to the input of the amplifier, and the output of the amplifier is connected to the input of the averaging circuit, the output of which is the output of the device.

Отличительными признаками, доказывающими новизну заявляемого способа демодуляции сигналов с минимальной частотной манипуляцией, является то, что перенос спектра сигнала из области высокой частоты в область видеочастот осуществляют в двух параллельно работающих квадратурных демодуляторах, по выходным сигналам которых производят вычисление временных зависимостей фазы, при этом в одном из квадратурных демодуляторов в качестве опорных частот используют квадратурные компоненты несущей частоты единичных бит передаваемой информации, а в другом - нулевых бит, после чего осуществляют суммирование временных зависимостей фазы, полученный суммарный сигнал дифференцируют, подвергают двухстороннему ограничению, усилению и усреднению.Distinctive features proving the novelty of the proposed method of signal demodulation with minimal frequency manipulation is that the signal spectrum is transferred from the high frequency region to the video frequency region in two parallel quadrature demodulators, the output signals of which calculate the temporal phase dependencies, while in one of the quadrature demodulators, the quadrature components of the carrier frequency of the unit bits of the transmitted information are used as reference frequencies, and in the other, zero bits, after which the time dependences of the phase are summed, the resulting total signal is differentiated, subjected to two-sided limitation, amplification, and averaging.

Анализ патентной и научно-технической информации с целью установления уровня техники позволил выявить источники, содержащие сведения об известности некоторых отличительных признаков формулы, в частности, применение двух, работающих параллельно, квадратурных демодуляторов.The analysis of patent and scientific and technical information in order to establish the level of technology made it possible to identify sources containing information about the fame of some of the distinguishing features of the formula, in particular, the use of two quadrature demodulators working in parallel.

Действительно, в [Прокис Джон. Цифровая связь. Пер. с англ. / под редакцией Д.Д.Кловского. - М.: Радио и связь 2000. - с.260] приводится схема демодуляции и квадратичного детектирования двоичных сигналов с частотной манипуляцией, в которой используются два параллельно работающих квадратурных демодулятора. Кроме того, в описании к изобретению, взятому нами в качестве аналога [патент RU №2192101, Кл. H04L 27/14, авторы Карлов A.M., Волхонская Е.В., Авдеев Е.Н., опубл. 27.10.2002], рассматривается и приводится на фиг.4 схема устройства для оптимального приема частотно-манипулированных сигналов, также содержащая два квадратурных демодулятора.Indeed, in [Prokis John. Digital communication. Per. from English / edited by D. D. Klovsky. - M .: Radio and communications 2000. - p.260] provides a diagram of demodulation and quadratic detection of binary signals with frequency shift keying, in which two parallel quadrature demodulators are used. In addition, in the description of the invention, taken by us as an analogue [patent RU No. 2192101, Cl. H04L 27/14, authors Karlov A.M., Volkhonskaya E.V., Avdeev E.N., publ. 10.27.2002], a diagram of a device for optimal reception of frequency-manipulated signals, also comprising two quadrature demodulators, is considered and shown in FIG.

Но использование двух квадратурных демодуляторов в указанных выше устройствах принципиально отличается от использования двух квадратурных демодуляторов в предлагаемом нами способе и устройстве. В указанных устройствах демодуляция сигнала осуществляется по его амплитудным (энергетическим) характеристикам, по огибающей или квадрату огибающей, при этом фаза сигнала никаким образом не учитывается.But the use of two quadrature demodulators in the above devices is fundamentally different from the use of two quadrature demodulators in our proposed method and device. In these devices, the signal is demodulated by its amplitude (energy) characteristics, by the envelope or the square of the envelope, while the phase of the signal is not taken into account in any way.

В предлагаемом нами способе и устройстве два квадратурных демодулятора используется таким образом, что демодуляция сигнала осуществляется по его фазовым характеристикам (временным фазовым зависимостям), а не амплитудным, как это делается в указанных выше устройствах. При учете фазовых соотношений появляется возможность демодуляции сигналов с минимальным разносом частот, при котором еще обеспечивается ортогональность частотно-манипулированных сигналов. Необходимо отметить, что упомянутые выше устройства не способны работать с сигналами, разнос которых меньше величины обратной длительности импульса, отображающего бит информации, и по этой причине непригодны для демодуляции сигналов с минимальной частотной манипуляцией.In our proposed method and device, two quadrature demodulators are used in such a way that the signal is demodulated by its phase characteristics (temporal phase dependencies), and not amplitude, as is done in the above devices. When phase relations are taken into account, it becomes possible to demodulate signals with a minimum frequency spacing, at which the orthogonality of frequency-manipulated signals is still ensured. It should be noted that the devices mentioned above are not able to work with signals whose spacing is less than the reciprocal of the pulse width that displays the bit of information, and for this reason are unsuitable for demodulating signals with minimal frequency manipulation.

Таким образом, из уровня техники не известно влияние признаков, сходных с отличительными признаками заявляемых способа и устройства, на достижение заявляемого технического результата, а именно: повышение помехоустойчивости и достоверности приема за счет использования свойств межсимвольных связей в сигнале.Thus, the prior art does not know the influence of features similar to the distinguishing features of the claimed method and device on the achievement of the claimed technical result, namely: improving noise immunity and reliability of reception by using the properties of intersymbol communications in the signal.

Получение нового технического результата при использовании новой совокупности отличительных признаков свидетельствует о соответствии заявляемого изобретения критерию «изобретательский уровень».Obtaining a new technical result when using a new set of distinctive features indicates the compliance of the claimed invention with the criterion of "inventive step".

Изобретение поясняется чертежами, где:The invention is illustrated by drawings, where:

На фиг.1 представлена структурная схема устройства, работающего в соответствии с предлагаемым способом.Figure 1 presents the structural diagram of a device operating in accordance with the proposed method.

На фиг.2 представлен отрезок информационной последовательности бит, подлежащий передаче методом минимальной частотной манипуляции с индексом модуляции m=0,5.Figure 2 presents a segment of the information sequence of bits to be transmitted by the method of minimum frequency manipulation with a modulation index m = 0.5.

На фиг.3 представлены квадратурная и синфазная составляющие на выходе квадратурного демодулятора 1 при воздействии на входе устройства сигнала, манипулированного методом минимальной частотной манипуляции с индексом модуляции m=0,5 последовательностью, приведенной на фиг.2.Figure 3 presents the quadrature and in-phase components at the output of the quadrature demodulator 1 when exposed to a signal at the input of the device, manipulated by the method of minimum frequency manipulation with a modulation index m = 0.5 of the sequence shown in figure 2.

На фиг.4 представлены квадратурная и синфазная составляющие на выходе квадратурного демодулятора 2 при воздействии на входе устройства сигнала, манипулированного методом минимальной частотной манипуляции с индексом модуляции m=0,5 последовательностью, приведенной на фиг.2.Figure 4 shows the quadrature and in-phase components at the output of the quadrature demodulator 2 when exposed to a signal at the input of the device, manipulated by the method of minimum frequency manipulation with a modulation index m = 0.5 of the sequence shown in figure 2.

На фиг.5 показана временная зависимость фазы на выходе блока вычисления арктангенса 3, полученная по выходным сигналам квадратурного демодулятора 1 при воздействии на входе устройства сигнала, манипулированного методом минимальной частотной манипуляции с индексом модуляции m=0,5 последовательностью, приведенной на фиг.2.Figure 5 shows the time dependence of the phase at the output of the arctangent calculation unit 3, obtained from the output signals of the quadrature demodulator 1 when the signal manipulated by the method of minimal frequency manipulation with the modulation index m = 0.5 by the sequence shown in figure 2 is applied to the input of the device.

На фиг.6 показана временная зависимость фазы на выходе блока вычисления арктангенса 4, полученная по выходным сигналам квадратурного демодулятора 2 при воздействии на входе устройства сигнала, манипулированного методом минимальной частотной манипуляции с индексом модуляции m=0,5 последовательностью, приведенной на фиг.2.Figure 6 shows the time dependence of the phase at the output of the arctangent calculation unit 4, obtained from the output signals of the quadrature demodulator 2 when the signal manipulated by the method of minimal frequency manipulation with the modulation index m = 0.5 by the sequence shown in figure 2 is applied to the input of the device.

На фиг.7 показана сумма временных зависимостей фазы на выходе сумматора 5 при воздействии на входе устройства сигнала, манипулированного методом минимальной частотной манипуляции с индексом модуляции m=0,5 последовательностью, приведенной на фиг.2.In Fig.7 shows the sum of the time dependences of the phase at the output of the adder 5 when exposed to a signal at the input of the device, manipulated by the method of minimum frequency manipulation with a modulation index m = 0.5 sequence shown in Fig.2.

На фиг.8 показан сигнал на выходе дифференциатора 6 при воздействии на входе устройства сигнала, манипулированного методом минимальной частотной манипуляции с индексом модуляции m=0,5 последовательностью, приведенной на фиг.2.On Fig shows the signal at the output of the differentiator 6 when exposed to the signal input of the device, manipulated by the method of minimum frequency manipulation with a modulation index m = 0.5 by the sequence shown in figure 2.

На фиг.9 показан сигнал на выходе устройства после двухстороннего ограничения, усиления и усреднения сигнала, показанного на фиг.8.In Fig.9 shows the signal at the output of the device after two-way limitation, amplification and averaging of the signal shown in Fig.8.

В заявляемом способе демодуляции сигналов с минимальной частотной манипуляцией осуществляют следующие операции:In the inventive method of demodulating signals with minimal frequency manipulation carry out the following operations:

1. Перенос спектра сигнала из области высоких частот в область видеочастот параллельно в двух каналах (одновременно в двух квадратурных демодуляторах): канале детектирования единичных и канале детектирования нулевых бит информации, каждый из которых в свою очередь состоит из синфазного и квадратурного каналов, отличающихся тем, что в канале детектирования единичных бит информации в качестве опорной частоты используют частоту передачи единичных бит информации, а в канале детектирования нулевых бит информации в качестве опорной частоты используют частоту передачи нулевых бит информации.1. The signal spectrum is transferred from the high-frequency region to the video-frequency region in parallel in two channels (simultaneously in two quadrature demodulators): a single detection channel and a zero information bits detection channel, each of which in turn consists of in-phase and quadrature channels, characterized in that that in the channel for detecting single bits of information as a reference frequency, the transmission frequency of single bits of information is used, and in the channel for detecting zero bits of information as a reference frequency use the frequency of transmission of zero bits of information.

2. По выходным сигналам (квадратурным компонентам) канала детектирования единичных бит информации и канала детектирования нулевых бит информации вычисляют соответствующие временные зависимости изменения фазы (фазовые характеристики) путем вычисления арктангенса отношения квадратурной компоненты к синфазной.2. Using the output signals (quadrature components) of the detection channel of single bits of information and the detection channel of zero bits of information, the corresponding time dependences of the phase change (phase characteristics) are calculated by calculating the arctangent of the ratio of the quadrature component to the common mode.

3. Полученные фазовые характеристики суммируют.3. The obtained phase characteristics are summarized.

4. Результат суммирования дифференцируют.4. The summation result is differentiated.

5. Продифференцированный сигнал подвергают двухстороннему ограничению.5. The differentiated signal is subjected to two-way restriction.

6. Сигнал, полученный после двухстороннего ограничения, усиливают.6. The signal obtained after two-way restriction is amplified.

7. Усиленный сигнал усредняют (сглаживают).7. The amplified signal is averaged (smoothed).

Устройство демодуляции сигналов с минимальной частотной манипуляцией, показанное на фиг.1, содержит два квадратурных демодулятора 1 и 2, два блока вычисления арктангенса 3 и 4, сумматор 5, дифференциатор 6, двухсторонний ограничитель 7, усилитель 8 и схему усреднения 9.The signal demodulation device with minimal frequency shift keying, shown in Fig. 1, contains two quadrature demodulators 1 and 2, two arctangent calculation blocks 3 and 4, an adder 5, a differentiator 6, a two-way limiter 7, an amplifier 8 and an averaging circuit 9.

Причем дополнительно установленные второй квадратурный демодулятор 2, второй блок вычисления арктангенса 4 и сумматор 5 включены таким образом, что сигнальный вход второго квадратурного демодулятора 2 соединен с сигнальным входом первого квадратурного демодулятора 1, и это соединение является сигнальным входом заявляемого устройства. Вход для подключения опорного колебания первого квадратурного демодулятора 1 соединен с выходом высокостабильного генератора (на схеме не показан) несущей частоты единичных бит (несущая «1»), вход для подключения опорного колебания второго квадратурного демодулятора 2 соединен с выходом высокостабильного генератора несущей (на схеме не показан) частоты нулевых бит передаваемой информации (несущая «0»). Выходы второго квадратурного демодулятора 2 соединены с входами второго блока вычисления арктангенса 4, выходы блоков вычисления арктангенса 3 и 4 соединены с входами сумматора 5, выход сумматора 5 соединен с входом дифференциатора 6, выход дифференциатора 6 соединен с входом двухстороннего ограничителя 7, выход которого соединен с входом усилителя 8, а выход усилителя 8 соединен с входом схемы усреднения 9, выход которой является выходом заявляемого устройства.Moreover, the additionally installed second quadrature demodulator 2, the second arctangent calculation unit 4 and adder 5 are turned on so that the signal input of the second quadrature demodulator 2 is connected to the signal input of the first quadrature demodulator 1, and this connection is the signal input of the claimed device. The input for connecting the reference oscillation of the first quadrature demodulator 1 is connected to the output of a highly stable generator (not shown) of the carrier frequency of single bits (carrier "1"), the input for connecting the reference oscillation of the second quadrature demodulator 2 is connected to the output of the highly stable generator of the carrier (not shown shown) the frequency of zero bits of the transmitted information (carrier "0"). The outputs of the second quadrature demodulator 2 are connected to the inputs of the second arc tangent calculation unit 4, the outputs of the arc tangent calculation blocks 3 and 4 are connected to the inputs of the adder 5, the output of the adder 5 is connected to the input of the differentiator 6, the output of the differentiator 6 is connected to the input of the two-way limiter 7, the output of which is connected to the input of the amplifier 8, and the output of the amplifier 8 is connected to the input of the averaging circuit 9, the output of which is the output of the inventive device.

Новизна заявляемого устройства доказывается дополнительно введенными квадратурным демодулятором 2, блоком вычисления арктангенса 4, сумматором 5, двухсторонним ограничителем 7 и усилителем 8, а также новыми взаимосвязями между элементами устройства.The novelty of the claimed device is proved by the additionally introduced quadrature demodulator 2, arctangent calculation unit 4, adder 5, two-way limiter 7 and amplifier 8, as well as new relationships between the elements of the device.

Применение двух квадратурных демодуляторов 1 и 2 дает возможность получать представление единичных и нулевых бит детектируемого колебания в двух видах: на нулевой частоте и на частоте, равной разности несущих частот единичных и нулевых бит информации. В каждом из представлений заложена дополнительная информация о детектируемом бите, при этом четко проявляется свойство непрерывности фазы на межсимвольных переходах.The use of two quadrature demodulators 1 and 2 makes it possible to obtain a representation of the unit and zero bits of the detected oscillation in two forms: at zero frequency and at a frequency equal to the difference in the carrier frequencies of unit and zero bits of information. Each of the representations contains additional information about the detected bit, while the property of phase continuity at intersymbol transitions is clearly manifested.

Уровни постоянного напряжения, которыми отображаются квадратурные составляющие единичных и нулевых бит на выходах одноименных квадратурных демодуляторов 1 и 2, несут информацию о сдвиге фазы демодулированного бита относительно фазы опорного колебания и являются начальными фазами смещенных квадратурных составляющих противоположных бит, отображаемых отрезками гармонических колебаний постоянной амплитуды и частоты (фиг.3, фиг.4).The DC voltage levels that display the quadrature components of the single and zero bits at the outputs of the same quadrature demodulators 1 and 2 carry information on the phase shift of the demodulated bit relative to the phase of the reference oscillation and are the initial phases of the offset quadrature components of the opposite bits, displayed by segments of harmonic oscillations of constant amplitude and frequency (figure 3, figure 4).

Так как в предлагаемом способе в качестве опорной частоты в каждом квадратурном демодуляторе 1 и 2 используется несущая частота одного из бит передаваемой информации, то противоположный бит на каждом демодуляторе 1 и 2 отображается гармоническим колебанием с частотой, равной удвоенной девиации частоты (фиг.3, фиг.4), а не гармоническим колебанием с частотой, равной девиации частоты, как в прототипе. Удвоение частоты приводит к удвоению скорости изменения фазы, т.е. фаза изменяется не на 90° за время длительности элементарного импульса, отображающего бит информации, как в прототипе, а на 180°.Since the proposed method uses the carrier frequency of one of the bits of transmitted information as the reference frequency in each quadrature demodulator 1 and 2, the opposite bit on each demodulator 1 and 2 is displayed by harmonic oscillation with a frequency equal to twice the frequency deviation (Fig. 3, Fig. .4), and not harmonic oscillation with a frequency equal to the frequency deviation, as in the prototype. Doubling the frequency doubles the rate of phase change, i.e. the phase does not change by 90 ° during the duration of the elementary pulse, which displays a bit of information, as in the prototype, but by 180 °.

Фаза следующего бита информации, отделенного от предыдущего n-ным количеством нулевых бит, будет зависеть от четности n. Если n нечетно, то фаза меняется на 180°, а если n четное число - фаза не изменяется. Так обеспечивается непрерывность фазы на межсимвольных переходах. Представление сигнала на нулевой частоте служит как бы элементом памяти при передаче значений фазы квадратурным компонентам от предыдущих к последующим битам (фиг.3 и фиг.4).The phase of the next bit of information, separated from the previous by the nth number of zero bits, will depend on the parity of n. If n is odd, then the phase changes by 180 °, and if n is an even number, the phase does not change. This ensures phase continuity at intersymbol transitions. The representation of the signal at zero frequency serves as a memory element when transmitting phase values to quadrature components from previous to subsequent bits (figure 3 and figure 4).

Направление изменения фазы определяется знаком крутизны линии, описывающей характер изменения фазы (тангенсом угла наклона линии к оси абсцисс), который зависит от знака разности частоты несущей принимаемого бита информации и частоты опорного колебания. Поскольку частота передачи единичного бита информации больше частоты передачи нулевого бита, то на выходе квадратурного демодулятора 1, детектирующего единичные биты, нулевые биты характеризуются отрицательной крутизной (фиг.5), а на выходе квадратурного демодулятора 2, детектирующего нулевые биты, единичные биты характеризуются положительной крутизной (фиг.6).The direction of the phase change is determined by the sign of the steepness of the line, which describes the nature of the phase change (the tangent of the line angle to the abscissa axis), which depends on the sign of the difference in the frequency of the carrier of the received information bit and the frequency of the reference oscillation. Since the transmission frequency of a single bit of information is greater than the transmission frequency of a zero bit, at the output of the quadrature demodulator 1 detecting single bits, zero bits are characterized by negative slope (Fig. 5), and at the output of the quadrature demodulator 2 detecting zero bits, single bits are characterized by positive slope (Fig.6).

Из временных зависимостей синфазной и квадратурной компонент на выходах каждого квадратурного демодулятора 1 и 2 (фиг.3 и фиг.4) путем вычисления арктангенса отношения квадратурной компоненты к синфазной получают временные зависимости фаз (фиг.5 и фиг.6). Временные зависимости фаз суммируют (фиг.7).From the time dependences of the in-phase and quadrature components at the outputs of each quadrature demodulator 1 and 2 (Fig. 3 and Fig. 4), by calculating the arctangent of the ratio of the quadrature component to the in-phase, the time dependences of the phases are obtained (Fig. 5 and Fig. 6). Temporal dependencies of the phases are summarized (Fig. 7).

На временной зависимости фазы, полученной на выходе сумматора (фиг.7), четко прослеживаются точки смены знака крутизны изменения фазы, соответствующие моментам межсимвольных переходов.On the time dependence of the phase obtained at the output of the adder (Fig. 7), the points of changing the sign of the slope of the phase change corresponding to the moments of intersymbol transitions are clearly traced.

Поскольку частота колебания есть скорость изменения фазы, то проводят дифференцирование суммарной временной зависимости фазы, после чего получается зависимость частоты от времени (фиг.8), соответствующая передаваемой битовой последовательности (фиг.2).Since the oscillation frequency is the rate of change of the phase, then the differentiation of the total time dependence of the phase is carried out, after which the frequency depends on time (Fig. 8), corresponding to the transmitted bit sequence (Fig. 2).

Полученное в результате применения предлагаемого способа двукратное увеличение частоты, которой отображаются противоположные биты на выходах квадратурных демодуляторов 1 и 2, приводит к двукратному увеличению модуля крутизны, а следовательно, и амплитуды положительных и отрицательных импульсов после дифференцирования, отображающих биты информации на выходе демодулятора, что повышает помехоустойчивость (фиг.8).The resulting twofold increase in the frequency resulting from the application of the proposed method, which displays opposite bits at the outputs of the quadrature demodulators 1 and 2, leads to a twofold increase in the slope modulus, and consequently, the amplitudes of positive and negative pulses after differentiation, displaying information bits at the output of the demodulator, which increases noise immunity (Fig.8).

Мешающие выбросы производной, возникающие после дифференцирования пилообразных импульсов, отображающих характер изменения функции арктангенс отношения квадратурной компоненты к синфазной, в моменты обращения в нуль синфазной составляющей удаляют путем двухстороннего ограничения и статистического усреднения (фиг.9). Мешающие выбросы появляются дважды за период удвоенной частоты девиации, что облегчает процедуру усреднения.Interfering outliers of the derivative that occur after differentiation of the sawtooth pulses, reflecting the nature of the change in the function of the arctangent of the ratio of the quadrature component to the in-phase component, are removed at the moments when the in-phase component vanishes by two-sided limitation and statistical averaging (Fig.9). Interfering emissions appear twice during the doubled deviation frequency period, which facilitates the averaging procedure.

При этом достигается поставленная цель: уменьшено количество операций, проводимых при обработке сигнала, а за счет использования свойств межсимвольных связей получен демодулятор частотно-манипулированных сигналов с минимальной манипуляцией, не уступающий по помехоустойчивости детекторам сигналов двоичной фазовой манипуляции и в отличие от последних лишенный недостатка «негативной» работы. Наличие отличительных признаков позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого изобретения критерию «новизна».At the same time, the goal is achieved: the number of operations performed during signal processing is reduced, and by using the properties of intersymbol communications, a demodulator of frequency-manipulated signals with minimal manipulation is obtained, not inferior in noise immunity to binary phase-shift signal detectors and, unlike the latter, devoid of the “negative” disadvantage »Work. The presence of distinctive features allows us to conclude that the claimed invention meets the criterion of "novelty."

Устройство работает следующим образом. Входной сигнал, представляющий собой высокочастотное колебание, манипулированное по частоте по закону минимальной частотной модуляции с индексом модуляции m=0,5 последовательностью, показанной на фиг.2, одновременно поступает на входы квадратурных демодуляторов 1 и 2. Квадратурный демодулятор 1 является квадратурным демодулятором единичных бит информации, а квадратурный демодулятор 2 - квадратурным демодулятором нулевых бит. На выходах квадратурных демодуляторов 1 и 2 получаются квадратурные компоненты единичных и нулевых бит информации.The device operates as follows. The input signal, which is a high-frequency oscillation, frequency-manipulated according to the law of minimum frequency modulation with a modulation index m = 0.5 by the sequence shown in Fig. 2, is simultaneously input to the inputs of quadrature demodulators 1 and 2. Quadrature demodulator 1 is a quadrature demodulator of single bits information, and quadrature demodulator 2 - quadrature demodulator of zero bits. At the outputs of the quadrature demodulators 1 and 2, the quadrature components of the unit and zero bits of information are obtained.

На фиг.3 показаны осциллограммы, отображающие синфазную составляющую I₁ (сплошная линия 10) и квадратурную составляющую Q₁ (пунктирная линия 11) демодулированного сигнала на выходе квадратурного демодулятора 1. Здесь квадратурные компоненты нулевых и единичных бит детектируемого колебания представлены в двух видах: нулевые биты на частоте, равной разности несущих частот единичных и нулевых бит информации (момент времени 13), а единичные биты - на нулевой частоте (момент времени 14).Figure 3 shows the waveforms showing the in-phase component I ₁ (solid line 10) and the quadrature component Q ₁ (dashed line 11) of the demodulated signal at the output of the quadrature demodulator 1. Here, the quadrature components of the zero and single bits of the detected oscillation are presented in two forms: zero bits at a frequency equal to the difference between the carrier frequencies of the unit and zero bits of information (time point 13), and the unit bits at zero frequency (time point 14).

Кроме того, здесь показаны моменты межсимвольных переходов 12, по которым видно, как происходит «запоминание» фазы в период приема серии единичных бит и передачи запомненного значения нулевым битам.In addition, the moments of intersymbol transitions 12 are shown here, which show how the phase is “memorized” during the reception of a series of single bits and the transmission of the stored value to zero bits.

Фиг.4 отображает осциллограммы синфазной I₂ (сплошная линия 15) и квадратурной составляющей Q₂ (пунктирная линия 16) демодулированного сигнала на выходах квадратурного демодулятора 2. Здесь нулевые и единичные биты детектируемого колебания также представлены в двух видах, но на частоте, равной разности несущих частот единичных и нулевых бит информации, здесь представлены единичные биты (момент времени 17), а на нулевой частоте - нулевые биты (момент времени 18). На фиг.4 также прослеживаются принцип непрерывности фазы, запоминание и передача значения фазы очередному противоположному биту.Figure 4 displays the waveforms of the in-phase I ₂ (solid line 15) and the quadrature component Q ₂ (dashed line 16) of the demodulated signal at the outputs of the quadrature demodulator 2. Here, the zero and single bits of the detected oscillation are also presented in two forms, but at a frequency equal to the difference the carrier frequencies of the unit and zero bits of information, here are the unit bits (point in time 17), and at zero frequency - zero bits (point in time 18). Figure 4 also traces the principle of phase continuity, storing and transmitting the phase value to the next opposite bit.

Квадратурные составляющие, полученные в квадратурном демодуляторе 1, поступают на вход блока вычисления арктангенса 3, который реализует операцию вычисления арктангенса отношения квадратурной компоненты к синфазной. В результате получаемThe quadrature components obtained in the quadrature demodulator 1 are fed to the input of the arctangent computing unit 3, which implements the operation of calculating the arctangent of the ratio of the quadrature component to the common mode. As a result, we get

$p_{1} (t) = a r c t g \frac{Q_{1} (t)}{I_{1} (t)}$

,

p_{one} (t) = a r c t g \frac{Q_{one} (t)}{I_{one} (t)}

,

где p₁(t) - временная зависимость фазы на выходе блока вычисления арктангенса 3 (фиг.5).where p ₁ (t) is the temporal dependence of the phase at the output of the arc tangent computing unit 3 (Fig. 5).

В момент приема единичного бита в момент времени 19 имеемAt the time of receiving a single bit at time 19, we have

p₁(t)=θ(t),p ₁ (t) = θ (t),

где θ(t) - разность начальных фаз опорного колебания и несущей частоты бита информации, характеризующаяся воздействием канала связи на распространяющийся сигнал.where θ (t) is the difference between the initial phases of the reference oscillation and the carrier frequency of the information bit, characterized by the influence of the communication channel on the propagating signal.

Из фиг.5 видно, что в момент времени 19 величина θ(t) равна заданному сдвигу фаз в 30°. В момент приема нулевого бита 20 фаза на фиг.5 равнаFigure 5 shows that at time 19, the quantity θ (t) is equal to a given phase shift of 30 °. At the time of receiving the zero bit 20, the phase in FIG. 5 is

$p_{1} (t) = a r c t g \frac{\sin [\frac{π t}{Т_{Э}} + θ (t)]}{\cos [\frac{π t}{Т_{Э}} + θ (t)]} = \frac{π t}{Т_{Э}} + θ (t)$

,

p_{one} (t) = a r c t g \frac{\sin [\frac{π t}{T_{E}} + θ (t)]}{\cos [\frac{π t}{T_{E}} + θ (t)]} = \frac{π t}{T_{E}} + θ (t)

,

где πt/Т_Э - круговая частота, равная удвоенной девиации частоты;where πt / T _E is the circular frequency equal to twice the frequency deviation;

Т_Э - длительность элементарного импульса, отображающего бит информации;T _E - the duration of an elementary impulse that displays a bit of information;

$\sin [\frac{π t}{Т_{Э}} + θ (t)]$

- смещенная квадратурная составляющая нулевого бита;

\sin [\frac{π t}{T_{E}} + θ (t)]

- offset quadrature component of the zero bit;

$\cos [\frac{π t}{Т_{Э}} + θ (t)]$

^- смещенная синфазная компонента нулевого бита.

\cos [\frac{π t}{T_{E}} + θ (t)]

^- offset common-mode component of the zero bit.

Аналогичным образом работает блок вычисления арктангенса 4, на входы которого поступают компоненты с выходов квадратурного демодулятора 2. На выходе блока вычисления арктангенса 4 имеем (фиг.6):The arctangent calculation unit 4 works in a similar manner, the inputs of which receive components from the outputs of the quadrature demodulator 2. At the output of the arctangent calculation unit 4 we have (Fig. 6):

$p_{2} (t) = a r c t g \frac{Q_{2} (t)}{I_{2} (t)}$

,

p_{2} (t) = a r c t g \frac{Q_{2} (t)}{I_{2} (t)}

,

где p₂(t) - временная зависимость фазы на выходе блока вычисления арктангенса 4.where p ₂ (t) is the time dependence of the phase at the output of the arctangent calculation block 4.

В момент приема единичного битаAt the time of receiving a single bit

$p_{2} (t) = a r c t g \frac{\sin [- \frac{π t}{Т_{Э}} + θ (t)]}{\cos [- \frac{π t}{Т_{Э}} + θ (t)]} = - \frac{π t}{Т_{Э}} + θ (t)$

,

p_{2} (t) = a r c t g \frac{\sin [- \frac{π t}{T_{E}} + θ (t)]}{\cos [- \frac{π t}{T_{E}} + θ (t)]} = - \frac{π t}{T_{E}} + θ (t)

,

где $\sin [- \frac{π t}{Т_{Э}} + θ (t)]$

- смещенная квадратурная компонента единичного бита;Where

\sin [- \frac{π t}{T_{E}} + θ (t)]

- offset quadrature component of a single bit;

$\cos [- \frac{π t}{Т_{Э}} + θ (t)]$

- смещенная синфазная компонента единичного бита.

\cos [- \frac{π t}{T_{E}} + θ (t)]

- offset common mode component of a single bit.

В момент приема нулевого бита 21 имеемAt the time of receiving the zero bit 21, we have

p₂(t)=θ(t).p ₂ (t) = θ (t).

Сигналы p₁(t) и p₂(t) суммируется в сумматоре 5. Осциллограмма полученного суммарного сигнала приведена на фиг.7, где четко видны моменты межсимвольных переходов, например 22.The signals p ₁ (t) and p ₂ (t) are summed in the adder 5. The oscillogram of the received total signal is shown in Fig.7, where the moments of intersymbol transitions are clearly visible, for example 22.

Полученный суммарный сигнал подвергается дифференцированию в дифференциаторе 6. На фиг.8 показана временная зависимость частоты принимаемого сигнала от времени, получаемая на выходе дифференциатора 6 (девиация частоты для заданной скорости 20 бит/с составляет 5 Гц.) Полученные значения частоты соответствуют удвоенной девиации частоты (10 Гц) с разными знаками для нулевых и единичных бит. Видны положительные 23 и отрицательные 24 периодически повторяющиеся короткие выбросы производных, возникающие из-за быстрого процесса перемены знака функции арктангенс, который возникает в моменты, когда $(\pm \frac{π t}{Т_{Э}} + θ (t))$

проходит через нуль. Функция косинус принимает нулевое значение при переходе от положительного значения к отрицательному и наоборот, поэтому этот процесс происходит дважды за период колебания удвоенной частоты девиации.The received total signal is differentiated in differentiator 6. Fig. 8 shows the time dependence of the frequency of the received signal on time obtained at the output of differentiator 6 (the frequency deviation for a given speed of 20 bit / s is 5 Hz.) The obtained frequency values correspond to twice the frequency deviation ( 10 Hz) with different signs for zero and single bits. Positive 23 and negative 24 periodically recurring short bursts of derivatives are seen that arise due to the fast process of changing the sign of the arctangent function, which occurs when

(\pm \frac{π t}{T_{E}} + θ (t))

goes through zero. The cosine function takes zero value when moving from a positive value to a negative one and vice versa, therefore this process occurs twice during the period of oscillation of the doubled deviation frequency.

После прохождения продифференцированного сигнала через двухсторонний ограничитель 7, усилитель 8 и статистического усреднения в схеме усреднения 9 получаем результат - выходной сигнал демодулятора, представленный на фиг.9. Сравнивая переданный сигнал на фиг.2 и демодулированный сигнал на фиг.9, можно сделать вывод, что исходная и демодулированная последовательности бит идентичны, что доказывает достоверность заявляемого решения.After passing the differentiated signal through the two-way limiter 7, amplifier 8 and statistical averaging in the averaging circuit 9, we get the result - the output signal of the demodulator shown in Fig.9. Comparing the transmitted signal in figure 2 and the demodulated signal in figure 9, we can conclude that the original and demodulated sequences of bits are identical, which proves the reliability of the proposed solution.

Отметим, что в зависимости от величины несущей частоты сигнала заявляемый способ можно реализовать разными вариантами конструктивного исполнения устройства демодуляции сигналов с минимальной частотной манипуляцией:Note that, depending on the magnitude of the carrier frequency of the signal, the inventive method can be implemented with different variants of the design of the signal demodulation device with minimal frequency manipulation:

1. В случае относительно невысокой частоты несущей сигнала (приблизительно несколько сотен мегагерц и меньше), которую можно оцифровать с помощью аналого-цифровых преобразователей (АЦП), устройство представляет собой последовательно соединенные АЦП и цифровое программируемое устройство (микрокомпьютер), в котором работа всех блоков, показанных на фиг.1, осуществляется программно.1. In the case of a relatively low frequency of the carrier signal (approximately several hundred megahertz or less), which can be digitized using analog-to-digital converters (ADCs), the device is a series-connected ADC and a digital programmable device (microcomputer) in which the operation of all units shown in figure 1, is carried out programmatically.

2. В случае относительно высокой частоты несущей сигнала (сотни мегагерц и выше) квадратурные демодуляторы 1 и 2 выполнены аппаратно, их выходные сигналы оцифровываются с помощью четырехканального АЦП (или четырех одноканальных АЦП), а полученные цифровые сигналы обрабатываются в цифровом программируемом устройстве (микрокомпьютер), в котором работа блоков 3-9, показанных на фиг.1, осуществляется программно.2. In the case of a relatively high frequency of the carrier signal (hundreds of megahertz and higher), the quadrature demodulators 1 and 2 are made in hardware, their output signals are digitized using a four-channel ADC (or four single-channel ADCs), and the received digital signals are processed in a digital programmable device (microcomputer) , in which the operation of blocks 3-9 shown in figure 1, is carried out programmatically.

3. В случае как относительно высоких, так и относительно низких несущих частот сигналов заявляемый способ реализует заявляемое устройство.3. In the case of both relatively high and relatively low carrier frequencies of the signals, the inventive method implements the inventive device.

Claims

1. A method of demodulating signals with minimal frequency manipulation, including quadrature signal processing by transferring the signal spectrum from the high frequency region to the video frequency region, calculating the time dependence of the phase change, differentiation and averaging, characterized in that the signal spectrum is transferred from the high frequency region to the video frequency region and the calculation of the time dependence of the phase change is carried out in two parallel working quadrature demodulators, while in one of the quadrature demodulators in achestve reference frequency using quadrature components of the carrier frequency single bit of transmitted information, and in the other - zero bits before the summation performed by differentiating the outputs of the two quadrature demodulators, and the resulting sum signal is differentiated, and before averaging the resulting signal is subjected to a two-way control and amplification.

2. The device demodulation of signals with minimal frequency manipulation, containing serially connected quadrature demodulator, arctangent calculation unit, differentiator and averaging circuit, characterized in that it further comprises a second quadrature demodulator, second arctangent calculation unit, adder, two-way limiter and amplifier, moreover the second quadrature demodulator installed, the second arctangent calculation unit and the adder are turned on so that the signal input is second the quadrature demodulator is connected to the signal input of the first quadrature demodulator and the input of the device, the input for connecting the reference oscillation of the first quadrature demodulator is connected to the output of the highly stable carrier frequency generator of single bits of information, the input for connecting the reference oscillation of the second quadrature demodulator is connected to the output of the highly stable carrier frequency generator of zero bits information, the outputs of the second quadrature demodulator are connected to the inputs of the second block calculating the arc tangent, the output of the first arc tangent computing unit is connected to the first adder input, the output of the second arc tangent computing unit is connected to the second adder input, the adder output is connected to the differentiator input, the differentiator output is connected to the input of the two-way limiter, the output of which is connected to the amplifier input, and the amplifier output connected to the input of the averaging circuit, the output of which is the output of the device.