RU2572105C2 - Способ демодуляции частотно-модулированных сигналов - Google Patents
Способ демодуляции частотно-модулированных сигналов Download PDFInfo
- Publication number
- RU2572105C2 RU2572105C2 RU2013137345/07A RU2013137345A RU2572105C2 RU 2572105 C2 RU2572105 C2 RU 2572105C2 RU 2013137345/07 A RU2013137345/07 A RU 2013137345/07A RU 2013137345 A RU2013137345 A RU 2013137345A RU 2572105 C2 RU2572105 C2 RU 2572105C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- signal
- frequency
- filter
- low
- output
- Prior art date
Links
Landscapes
- Digital Transmission Methods That Use Modulated Carrier Waves (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области радиосвязи и может быть использовано для обработки сигналов при приеме частотно-модулированных сигналов. Способ демодуляции частотно-модулированных сигналов заключается в преобразовании частотно-модулированного сигнала в цифровую форму и получении двух квадратурных сигналов. Затем отсчеты квадратурных сигналов пропускают через цифровой фильтр нижних частот, вычисляют значение модуля отсчетов сигнала, при этом каждый квадратурный сигнал дополнительно пропускают через цифровой дифференцирующий фильтр, импульсная характеристика которого соответствует производной от импульсной характеристики фильтра нижних частот, отсчеты сигналов с выходов низкочастотных и дифференцирующих фильтров прореживают, значения модуля отсчетов сигнала вычисляют из прореженных отсчетов с выхода низкочастотного фильтра, после чего осуществляют сглаживающую фильтрацию модуля сигнала, прореженные реальные отсчеты с выхода низкочастотного фильтра умножают на мнимые отсчеты с выхода дифференцирующего фильтра, а мнимые отсчеты с выхода низкочастотного фильтра умножают на реальные отсчеты с выхода дифференцирующего фильтра, результаты умножения вычитают, осуществляют деление на сглаженный модуль сигнала. Способ демодуляции позволяет проводить демодуляцию частотно-модулированных сигналов при существенно меньших соотношениях сигнал/шум, а также снизить необходимую вычислительную производительность цифрового демодулятора. 1 ил.
Description
Изобретение относится к области радиосвязи и может быть использовано для обработки сигналов при приеме частотно-модулированных сигналов.
Известен способ демодуляции частотно-модулированных (ЧМ) сигналов, который основан на преобразовании частотно-модулированного напряжения в амплитудно-частотно-модулированное с последующим амплитудным детектированием. В качестве преобразователя частотно-модулированного напряжения в амплитудно-частотно-модулированное используются два взаимно расстроенных колебательных контура [А.И. Куприянов, А.В. Сахаров. Радиоэлектронные системы в информационном конфликте, Москва, «Вузовская книга, 2003, стр.21, Рис.1.9].
Недостатком данного способа является нестабильность центральной частоты и крутизны частотной характеристики демодулятора.
Наиболее близким по технической сущности к изобретению является способ демодуляции ЧМ сигналов [А.Б. Сергиенко. Цифровая обработка сигналов, издательский дом «Питер» 2003 год, стр.457-459], принятый за прототип данного изобретения.
В прототипе входной частотно-модулированный сигнал преобразуют в цифровую форму с помощью АЦП. Далее осуществляют квадратурную обработку. При этом отсчеты сигнала поступают на два умножителя, где их умножают на отсчеты двух опорных колебаний, сдвиг по фазе между которыми составляет 90°. Каждый из результатов умножения содержит два слагаемых - низкочастотное и высокочастотное. Низкочастотные составляющие выделяют с помощью ФНЧ. Вычисляют квадрат модуля этих составляющих. Далее каждую из пар квадратурных составляющих подвергают дифференцированию методом вычитания двух соседних отсчетов. С помощью умножителей производную реальной части сигнала умножают на мнимую часть сигнала, а производную мнимой части сигнала умножают на реальную часть сигнала. Результаты перемножения вычитают в сумматоре. Полученную сумму нормируют с помощью делителя, на выходе которого получают отсчеты демодулированного сигнала.
Недостатком данного способа является то, что он пригоден к применению только при частоте дискретизации, много большей, чем частота сигнала, поскольку производная сигнала должна вычисляться по двум дискретным отсчетам. Большая частота дискретизации в свою очередь приводит к большим вычислительным затратам. Дополнительным недостатком данного способа является неустойчивость работы демодулирующего устройства при малом соотношении сигнал/шум, так как модуль одного отсчета с большой вероятностью может принимать близкие к нулю значения, соответственно при нормировке, заключающейся в делении на модуль сигнала, возникают выбросы демодулированного сигнала.
Целью данного изобретения является обеспечение демодуляции ЧМ сигнала при малых соотношениях сигнал/шум и снижение необходимой вычислительной производительности за счет снижения частоты дискретизации до значений, близких к частоте Найквиста.
Поставленная цель достигается за счет того, что в известном способе демодуляции ЧМ сигнала, заключающемся в том, что ЧМ сигнал преобразуют в цифровую форму, получают два квадратурных сигнала умножением отсчетов сигнала на отсчеты двух опорных колебаний, сдвиг по фазе между которыми составляет 90°, вычисляют низкочастотные составляющие каждого из полученных квадратурных сигналов, вычисляют значение модуля отсчетов сигнала с выходов фильтров низких частот, при этом осуществляют сглаживающую фильтрацию модуля сигнала, а каждый квадратурный сигнал пропускают через цифровой дифференцирующий фильтр, отсчеты сигналов с выходов низкочастотных и дифференцирующих фильтров прореживают, прореженные реальные отсчеты с выхода низкочастотного фильтра умножают на мнимые отсчеты с выхода дифференцирующего фильтра, а мнимые отсчеты с выхода низкочастотного фильтра умножают на реальные отсчеты с выхода дифференцирующего фильтра, результаты умножения вычитают, осуществляют деление на сглаженный модуль сигнала.
Структурная схема устройства, реализующего предлагаемый способ демодуляции ЧМ сигналов, приведена на Рис.1, где
1 - входной сигнал,
2 - аналого-цифровой преобразователь,
3 - умножитель,
4 - фильтр низкой частоты,
5 - дифференцирующий фильтр,
6 - дециматор, осуществляющий прореживание отсчетов,
7 - вычислитель модуля,
8 - сглаживающий фильтр,
9 - умножитель,
10 - сумматор,
11 - делитель.
Входной частотно-модулированный сигнал 1 преобразуют в цифровую форму с помощью АЦП 2. Далее отсчеты сигнала поступают на два умножителя 3, где их умножают на отсчеты двух опорных колебаний, сдвиг по фазе между которыми составляет 90°. Каждая из квадратурных составляющих одновременно поступает на фильтр низкой частоты 4 и дифференцирующий фильтр 5. Отсчеты с выходов фильтров прореживают с помощью дециматоров 6. Вычисляют квадрат модуля сигнала с выходов фильтра низкой частоты с помощью вычислителя 7. Сглаживающим фильтром 8 осуществляют фильтрацию квадрата модуля сигнала. С помощью умножителей 9 прореженные реальные отсчеты с выхода ФНЧ умножают на мнимые отсчеты с выхода дифференцирующего фильтра, а мнимые отсчеты с выхода ФНЧ умножают на реальные отсчеты с выхода дифференцирующего фильтра, результаты умножения вычитают в сумматоре 10. С помощью делителя 11 осуществляют деление полученной суммы на сглаженный модуль сигнала.
В предлагаемом способе демодуляция ЧМ сигналов построена на основе методов цифровой фильтрации. Из теории линейных фильтров известно, что выходной процесс фильтра y(t) связан с входным процессом x(t) выражением
где h(t) - импульсная характеристика фильтра. Известно также, что частотная характеристика фильтра H(f) связана с его импульсной характеристикой преобразованием Фурье.
Рассмотрим полосовой низкочастотный фильтр Н с полосой пропускания В и частотной характеристикой
Как известно, нормированная импульсная характеристика такого фильтра имеет вид
Построим дифференцирующий фильтр с импульсной характеристикой
В соответствии с правилом дифференцирования при вычислении спектров, если имеется временная функция x(t) и известно ее Фурье-преобразование X(f), то Фурье-преобразование для ее производной
равно j2πfX(f). Таким образом, частотная характеристика фильтра hd(τ) будет иметь вид
Как видно, модуль частотной характеристики полученного фильтра в полосе пропускания пропорционален частоте. Такой фильтр может быть использован как основа для частотного демодулятора.
Если подать на вход фильтра Hd комплексный сигнал x(t)=Aej2πft, то на выходе фильтра получим
Как видно, амплитуда выходного сигнала зависит как от частоты, так и от амплитуды входного сигнала. Теперь необходима нормировка выходного сигнала и детектирование. Для этого пропустим сигнал x(t) также через фильтр H(f)
и вычислим значение
Таким образом, выходной сигнал демодулятора не зависит от амплитуды входного сигнала. Операция деления комплексных чисел реализуется согласно выражению
Выражение (9) реализуется элементами 7, 8, 9, 10, 11 схемы, показанной на Рис.1.
Введение сглаживающего фильтра в знаменатель выражения уменьшает вероятность появления выбросов и соответственно увеличивает вероятность правильного приема при малых соотношениях сигнал/шум.
Таким образом, приведенный процесс реализует демодуляцию ЧМ сигнала, в том числе при малом соотношении сигнал/шум.
В практике аналоговых фильтров приведенную последовательность операций реализовать практически невозможно. Однако в технике цифровой обработки сигналов фильтры с импульсными характеристиками, приближенными к требуемым, вполне могут быть построены. Фильтры Н и Hd могут быть реализованы на основе четырех параллельно действующих нерекурсивных фильтров с конечной импульсной характеристикой - КИХ-фильтров, выполненных аппаратно. После фильтрации отсчеты могут быть прорежены до частоты, близкой к частоте Найквиста. При этом операции комплексного деления и сглаживающей фильтрации знаменателя проводятся на низкой частоте, что экономит вычислительные ресурсы процессора при сохранении высокой точности демодуляции.
Claims (1)
- Способ демодуляции частотно-модулированных сигналов, заключающийся в том, что частотно-модулированный сигнал преобразуют в цифровую форму, получают два квадратурных сигнала умножением отсчетов сигнала на отсчеты двух опорных колебаний, сдвиг по фазе между которыми составляет 90°, отсчеты квадратурных сигналов пропускают через цифровой фильтр нижних частот, вычисляют значение модуля отсчетов сигнала, отличающийся тем, что каждый квадратурный сигнал дополнительно пропускают через цифровой дифференцирующий фильтр, импульсная характеристика которого соответствует производной от импульсной характеристики фильтра нижних частот, отсчеты сигналов с выходов низкочастотных и дифференцирующих фильтров прореживают, значения модуля отсчетов сигнала вычисляют из прореженных отсчетов с выхода низкочастотного фильтра, после чего осуществляют сглаживающую фильтрацию модуля сигнала, прореженные реальные отсчеты с выхода низкочастотного фильтра умножают на мнимые отсчеты с выхода дифференцирующего фильтра, а мнимые отсчеты с выхода низкочастотного фильтра умножают на реальные отсчеты с выхода дифференцирующего фильтра, результаты умножения вычитают, осуществляют деление на сглаженный модуль сигнала.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013137345/07A RU2572105C2 (ru) | 2013-08-08 | 2013-08-08 | Способ демодуляции частотно-модулированных сигналов |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013137345/07A RU2572105C2 (ru) | 2013-08-08 | 2013-08-08 | Способ демодуляции частотно-модулированных сигналов |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2013137345A RU2013137345A (ru) | 2015-02-20 |
RU2572105C2 true RU2572105C2 (ru) | 2015-12-27 |
Family
ID=53281961
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2013137345/07A RU2572105C2 (ru) | 2013-08-08 | 2013-08-08 | Способ демодуляции частотно-модулированных сигналов |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2572105C2 (ru) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5220583A (en) * | 1988-10-03 | 1993-06-15 | Motorola, Inc. | Digital fm demodulator with a reduced sampling rate |
RU2168281C2 (ru) * | 1999-08-18 | 2001-05-27 | Корпорация "Самсунг Электроникс" | Способ формирования квадратурных каналов и устройство для его реализации (варианты) |
US6304136B1 (en) * | 1999-03-03 | 2001-10-16 | Level One Communications, Inc. | Reduced noise sensitivity, high performance FM demodulator circuit and method |
RU2005140107A (ru) * | 2003-05-22 | 2006-08-10 | Джэпэн Сайенс Энд Текнолоджи Эйдженси (Jp) | Способ и устройство демодуляции частотно-модулированного сигнала |
-
2013
- 2013-08-08 RU RU2013137345/07A patent/RU2572105C2/ru active IP Right Revival
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5220583A (en) * | 1988-10-03 | 1993-06-15 | Motorola, Inc. | Digital fm demodulator with a reduced sampling rate |
US6304136B1 (en) * | 1999-03-03 | 2001-10-16 | Level One Communications, Inc. | Reduced noise sensitivity, high performance FM demodulator circuit and method |
RU2168281C2 (ru) * | 1999-08-18 | 2001-05-27 | Корпорация "Самсунг Электроникс" | Способ формирования квадратурных каналов и устройство для его реализации (варианты) |
RU2005140107A (ru) * | 2003-05-22 | 2006-08-10 | Джэпэн Сайенс Энд Текнолоджи Эйдженси (Jp) | Способ и устройство демодуляции частотно-модулированного сигнала |
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
СЕРГИЕНКО А.Б. Цифровая обработка сигналов, издательский дом "Питер" 2002 год, стр.457-459. * |
СЛАВУТСКИЙ Л.А. Основы регистрации данных и планирования эксперимента. Учебное пособие: Изд-во ЧГУ, Чебоксары, 2006, гл.3.3 [Электронный ресурс] URL: http://www.chuvsu.ru/~rte/uits/liter_uits/plan_exp/ind.html, дата извлечения 13.11.2014. * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2013137345A (ru) | 2015-02-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US20200011911A1 (en) | High-precision frequency measuring system and method | |
JP6026531B2 (ja) | レーダー用デジタル受信機を用いるレーダーパルス検出 | |
US8548100B2 (en) | Method and system for performing complex sampling of signals by using two or more sampling channels and for calculating time delays between these channels | |
US9892319B2 (en) | Fingerprint detection apparatus and method | |
CN103248380B (zh) | 一种无模拟变频射频数字化接收机的设计方法及其接收机 | |
CN107425850B (zh) | 一种serf原子自旋陀螺仪用双通道数字锁相放大器 | |
CN107561357B (zh) | 一种基于信道化的高精度瞬时测频方法和装置 | |
CN104301052A (zh) | 一种基于fpga的无缝采集及实时频谱监测的实现方法 | |
CN107786479A (zh) | 一种qpsk载波恢复大频偏补偿系统及方法 | |
CN106027179A (zh) | 一种基于综合互素分析的宽带频谱感知方法及其装置 | |
CN103823177A (zh) | 基于窗函数设计的滤波器性能检测方法和系统 | |
CN106841776B (zh) | 一种测频机及测量信号频率的方法 | |
JP6274818B2 (ja) | 弾性表面波センサを備えた特性測定装置 | |
RU2572105C2 (ru) | Способ демодуляции частотно-модулированных сигналов | |
CN110703207B (zh) | 无源定位的低频多普勒频率差测量方法及装置 | |
RU2634382C2 (ru) | Цифровой обнаружитель фазоманипулированных сигналов | |
CN116930610A (zh) | 一种基于相干累加的pcal信号相位幅度估计方法 | |
CN113627398B (zh) | 一种基于自适应重构滤波的信号特征检测方法 | |
CN106236067A (zh) | 一种心率信号处理器及信号处理方法 | |
CN116068260A (zh) | 一种采样信号超精细频谱的计算方法及系统 | |
CN108535542B (zh) | 一种寻峰鉴相方法 | |
RU2183839C1 (ru) | Способ измерения частоты синусоидальных сигналов и устройство для его реализации | |
JP4843288B2 (ja) | Am/fm混合信号処理装置 | |
CN109672489A (zh) | 一种基于互素分析的海上全景频谱感知分析方法及其装置 | |
CN204142915U (zh) | 用于检测电路相频特性的装置 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
FA92 | Acknowledgement of application withdrawn (lack of supplementary materials submitted) |
Effective date: 20150626 |
|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20180809 |
|
NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20190913 |