3.2. СИСТЕМЫ ВОССТАНОВЛЕНИЯ НЕСУЩЕЙ

Как уже отмечалось, в спектре сигналов, используемых в ЦССС, не содержится остатка несущей, поэтому когерентное колебание выделяют из принимаемого сигнала посредством некоторого нелинейного преобразования и последующей фильтрацией. Ряд методов восстановления несущей ВН рассмотрены в монографиях [57, 58]. Современное состояние теории и техники систем ВН можно найти в обзоре [59].

Наиболее общим подходом, позволяющим синтезировать устройство ВН из принимаемого ФМ сигнала, является использование критерия максимального правдоподобия. Восстановление несущего колебания можно рассматривать как задачу оптимального оценивания фазы сигнала, пораженного помехой (на интервале длительности символа

Здесь белый гауссовский шум с односторонней спектральной плотностью Фаза сигнала в процессе модуляции принимает равновероятно одно из возможных значений начальная фаза, подлежащая оценке.

Максимально правдоподобная оценка формируется с учетом возможных гипотез о посылаемых образцах сигнала При оценке начальной фазы выбирают такое ее значение, которое доставляет максимум условной плотности вероятности Поскольку начальная фаза принимает равновероятно все возможные значения в интервале а плотность не зависит от максимуму условной плотности соответствует максимум апостериорного распределения . С учетом всех возможных гипотез посылки сигнала с фазами можно записать, что а условное распределение при фиксированной фазе

Здесь

— выходы когерентных согласованных фильтров с квадратурными опорными колебаниями. Максимально правдоподобная оценка величины является решением уравнения которое обращает выражение (3.1) в максимум.

Для сигналов ФМ-4 с учетом того, что фаза принимает четыре возможных значения выражение (3.1) приобретает вид а уравнение для отыскания оценки

Поскольку оптимальная оценка а (0) и [см. (3.2)] обычно заменяется фильтрацией, при (что соответствует высокому отношению сигнал-шум), схема квазиоптимальной системы ВН будет иметь вид, показанный на рис. 3.5, а. Она представляет собой хорошо известную схему Костаса.

Другими вариантами схем ВН, имеющих такие же характеристики, что и схема Костаса [57], являются схема со снятием манипуляции (с ремодуляцией) (рис. 3.5, б) и схема с обратной манипуляцией (рис. 3.5, в), которые отличаются порядком включения перемножителей 1, 2 и 3. Линия задержки в этих схемах компенсирует задержку сигналов в ФНЧ. Если основная фильтрация в демодуляторе осуществляется полосовым фильтром, что ФНЧ после перемножителей не включается и тогда необходимость в отпадает.

В схеме с ремодуляцией на выходе сумматора образуется немодулированная несущая с фазой, равной фазе входного сигнала, что позволяет использовать для ее фильтрации не только систему ФАП, как это показано на рис. 3.5, б, но и обычные узкополосные полосовые фильтры, что в ряде случаев

является более приемлемым решением. Так, схемы с пассивной фильтрацией имеют меньшее время вхождения в синхронизм по сравнению со схемами ВН с ФАП. В устройстве с обратной манипуляцией фильтрация возможна только схемой ФАП, так как на выходе сумматора образуется сигнал ФМ-4 с фазой, определяемой фазой подстраиваемого генератора ПГ.

В работе 160] предложена схема ВН ФМ сигналов любой кратности, в которой в отличие от схемы с обратной манипуляцией исключается обратная связь по решению. Действительно, информацию об изменении фазы сигнала можно получить, определяя знак (полярность) реализации сигнала в некоторых

Рис. 3.5, Структурные схемы восстановления несущей: а — Костаса; б - с ремодуляцией; в — с обратной манипуляцией

Рис. 3.6. Структурная схема по принципу обратной манипуляции

точках периода его ВЧ заполнения. Минимальное число таких точек на периоде соответствует числу фаз в ФМ сигнале. Структурная схема в которой использован этот метод, представлена на рис. 3.6. На тактовый вход тактируемого -триггера подаются импульсы с частотой в М раз больше частоты ФМ сигнала На сигнальный вход триггера подается ограниченный по амплитуде ФМ сигнал. Врееннйе диаграмм мы, поясняющие работу схемы, показаны на рис. 3.7. В моменты тактирования, определяемые последовательностью импульсов с частотой (рис. 3.7, а), -триггер фиксирует и запоминает знак реализации входного сигнала через каждые 90° (здесь режиме синхронизма на входе -триггера образуется колебание с частотой входного сигнала, фаза которого изменяется в тактовые моменты времени на величину, кратную Эти изменения определяются изменениями фазы входного сигнала, который показан на рис. 3.7, б. Здесь фаза сигнала изменяется на 90° в течение интервала времени Случай немодулированной несущей представлен на рис. 3.7, б, в штриховыми линиями.

Таким образом, на выходе -триггера получают копию входного ФМ сигнала, фаза которого задается фазой ПГ схемы ФАП, что делает эту схему эквивалентной схеме с обратной манипуляцией. На выходе ФД образуется сигнал фазовой ошибки, который управляет работой ПГ в схеме ФАП. Коге рентные колебания с нужными фазами получают делением частоты ПГ в М раз. Структура схемы не меняется с

Рис. 3.7. Временные диаграммы в схеме рис. 3.6

Рис. 3.8. Структурные схемы ВН с умножением частоты

изменением кратности манипуляции входного сигнала, что позволяет использовать ее для синхронизации демодулятора ФМ сигналов с переменной кратностью.

Некоторые из используемых на практике способов ВН основаны на нелинейном преобразовании ФМ сигнала. Таким является метод умножения частоты, который может быть реализован путем возведения принимаемого сигнала в . Структурные схемы такого типа устройств для сигнала ФМ-4 показаны на рис. 3.8. При возведении сигнала в четвертую степень можно выделить четвертую гармонику При этом фазовый сдвиг при любом из возможных значений кратен . В результате учетверения частоты модуляция несущей информационным сигналом устраняется и в спектре появляется дискретная составляющая с частотой, в 4 раза большей номинальной частоты Ее выделяют по лосовым фильтром (рис. 3.8, а). Для получения исход ной частоты выход подан на делитель частоты на четыре.

Кроме полосового фильтра для выделения несущей после умножения ФМ сигнала используют также схемы ФАП. При этом ПГ работает либо на частоте несущей либо на учетверенной частоте (рис. 3.8, б, в). В последнем случае необходимо предусмотреть деление частоты на четыре для получения выходного колебания. В некоторых случаях такой риант схемы предпочтительней, так как в процессе деления частоты на четыре легче реализовать фазорасщепитель, на выходах которого имеются сдвинутые по фазе на колебания с частотой

Рассмотрим способы восстановления когерентного колебания при приеме сигналов ММС. Можно показать, что при индексе модуляции в спектре сигнала на частоте

Рис. 3.9. Структурная схема для сигналов ММС

несущей отсутствуют дискретные составляющие, как и при ФМ. Вместе с тем при модуляции с индексом на частотах соответствующих передаче информационных символов 0 и 1, появляются дискретные составляющие. Таким образом, удвоение частоты сигнала ММС позволяет выделить частоты где центральная частота сигнала длительность двоичного символа. Устройство восстановления опорных колебаний, необходимых для демодуляции сигнала ММС, показано на рис. 3.9. После фильтрации частот и системами ФАПЧ и по следующего деления на 2 получают ил Опорные колебания, необходимые для демодуляции, образуются путем их сложения и вычитания, т. е.

Кроме того, в результате перемножения получаем

Второе слагаемое представляет собой колебание с тактовой частотой что может быть использовано для его выделения. Следует отметить, что в этой схеме, как и в рассмотренных выше устройствах ВН сигнала ФМ-4, имеет место неоднозначность фазы четвертого порядка. Это обусловлено наличием двух независимых делителей частоты на два.