CC BY
113
Вестник Воронежского института МВД России №1 / 2015
А.Н. Глушков,
кандидат технических наук
А.В. Сидоров
Н.С. Хохлов,
доктор технических наук, профессор
ПОМЕХОУСТОЙЧИВОСТЬ ЦИФРОВОГО УСТРОЙСТВА ДЕМОДУЛЯЦИИ ДИСКРЕТНЫХ СИГНАЛОВ С ЧАСТОТНОЙ МОДУЛЯЦИЕЙ
THE NOISE IMMUNITY OF THE DIGITAL DEMODULATION DEVICE OF DISCRETE SIGNALS WITH FREQUENCY
MODULATION
Рассматриваются вопросы анализа помехоустойчивости цифрового устройства демодуляции радиосигналов с частотной манипуляцией. Дается описание принципов его работы в соответствии со структурной схемой, приводятся характеристики, полученные в результате моделирования.
The article deals with the analysis of the noise immunity of digital demodulation device of radio signals with frequency manipulation. A description of how it works in accordance with the block diagram summarizes the characteristics resulting from the simulation.
В системах радиосвязи органов внутренних дел широко распространены устройства, использующие частотную модуляцию или частотную манипуляцию для передачи радиосигналов. Разработка устройств цифрой обработки сигналов с этим видом модуляции и повышение их помехоустойчивости в условиях воздействия помех представляют актуальную задачу, решаемую различными методами и способами.
Рассмотрим демодулятор двоичных сигналов с частотной манипуляцией (CPFSK), описанный в [1], структурная схема которого показана на рис. 1.
111
Радиотехника и связь
Рис. 1. Структурная схема цифрового демодулятора ЧМн сигналов
Для входного сигнала с амплитудой S уровень отклика демодулятора равен
a = 2NS, (1)
а его дисперсия определяется как
а2 = 2Ыа2ш. (2)
Плотность вероятностей wc (z) отклика демодулятора Z в белом шуме при наличии сигнала в моменты синхронизации будет иметь обобщенно-релеевскую плотность вероятностей вида
wc (z) = -TexP
а
2 2 z + a
2а2
• I,
f \ a • z
va2 ,
(3)
а при отсутствии сигнала шумовой отклик имеет релеевское распределение вероятностей
112
Вестник Воронежского института МВД России №1 / 2015
2
wm (z) = -rexp
а
2а1
(4)
Правильное решение будет принято, если отклик канала с сигналом будет больше отклика канала при отсутствии сигнала, тогда вероятность правильного приема Q равна
z
'= w,
с'
0
v
j wш (z)dz dv = exp
L 0 _ К
2 \ r
a ir v
2а2
а
exp
2а2
• I
( \ a • v
Введем отношение сигнал/шум по мощности к2
S2
к2 = N-
Ка У L
a
1 - exp
2а2
аш 2а
и обозначим l = —, а
тогда из (6)
r
Q = exp (- 2к2 )-jLexp
L_
2
■I0 (2кЛ)-
1-exp
L_
2
dp = 1 - 1exp
К 2 У
а вероятность ошибки рош при этом будет равна
Рош = 1 - Q = - exp
f к2}
У 2 У
dv .(5)
(6)
(7)
(8) (9)
Выражение (9) известно в литературе [2] как вероятность ошибки при оптимальном некогерентном приеме ортогональных сигналов в канале с неопределенной фазой. Зависимость рош от к показана на рис. 2.
Рис. 2. Зависимость вероятности ошибки от отношения сигнал/шум
r
2
2
v
v
0
0
Проведено статистическое имитационное моделирование работы демодулятора со следующими значениями параметров: f = 10 МГц, N = 256, S = 1 и аш = 4, а случайные информационные символы ^0 = ±1. Частоты символов f 1 и f 2 отличаются от центральной частоты f на величину Af = 19,53 кГц.
На рис. 3, а приведен фрагмент результатов моделирования отклика демодулятора zn, где n — номера информационных символов, показанных там же пунктиром. Ниже на рис. 3, б крестиками отмечены значения отклика демодулятора в момен-
113
Радиотехника и связь
ты окончания символов (принятия решения). Столбиками показаны передаваемые символы (± 1), и если их знаки совпадают со знаками zn, то принимается правильное решение, а если эти знаки противоположны, то возникают ошибки, отмеченные на рис. 3, б зачерненными стрелками.
На рис. 4 приведена теоретическая зависимость вероятности ошибки рош от среднеквадратичного отклонения белого шума <тш при вышеуказанных исходных данных, точками отмечены результаты моделирования. Как видно, результаты моделирования хорошо согласуются с расчетами.
Рис. 4. Зависимость вероятности ошибки рош от среднеквадратичного отклонения
белого шума <гш
Таким образом, можно сделать вывод о том, что разработанное устройство [1] обладает высокой помехоустойчивостью и может эффективно применяться для демодуляции сигналов с частотной модуляцией.
114
Вестник Воронежского института МВД России №1 / 2015
ЛИТЕРАТУРА
1. Глушков А.Н., Литвиненко В.П. Цифровой демодулятор сигналов с частотной модуляцией. Патент РФ № 2522039 С1 МПК Н 04В 1/10, опубликован 10.07.2014, бюл. №19.
2. Финк Л.М. Теория передачи дискретных сообщений. — М.: Советское радио, 1970. — 728 с.
REFERENCES
1. Glushkov A.N., Litvinenko V.P. Tsifrovoy demodulyator signalov s chastotnoy mod-ulyatsiey. Patent RF # 2522039 S1 MPK N 04V 1/10, opublikovan 10.07.2014, byul. #19.
2. Fink L.M. Teoriya peredachi diskretnyih soobscheniy. — M.: Sovetskoe radio,
1970. — 728 s.
СВЕДЕНИЯ ОБ АВТОРАХ
Глушков Алексей Николаевич. Доцент кафедры инфокоммуникационных систем и технологий. Кандидат технических наук.
Воронежский институт МВД России.
E-mail: [email protected]
Россия, 394065, г. Воронеж, проспект Патриотов, 53. Тел. (473) 200-52-31.
Сидоров Александр Викторович. Преподаватель кафедры инфокоммуникационных систем и технологий.
Воронежский институт МВД России.
E-mail: [email protected]
Россия, 394065, г. Воронеж, проспект Патриотов, 53. Тел. 89204186214, 200-52-27.
Хохлов Николай Степанович. Профессор кафедры инфокоммуникационных систем и технологий. Доктор технических наук, профессор.
Воронежский институт МВД России.
Россия, 394065, г. Воронеж, проспект Патриотов, 53. Тел. (473) 262-33-85.
Glushkov Alexej Nikolaevich. Assistant professor of the chair of communication systems and technolo-gies.Candidate of technical sciences.
Voronezh Institute of the Ministry of the Interior of Russia.
E-mail: [email protected]
Work address: Russia, 394053, Voronezh, Prospect Patriotov, 53. Tel. (473) 200-52-31.
Sidorov Alexander Victorovich. Lecturer of the chair of infocommunication systems and technologies. Voronezh Institute of the Ministry of the Interior of Russia.
E-mail: [email protected]
Work address: Russia, 394065, Voronezh, Prospect Patriotov, 53. Tel. 89204186214.
Khokhlov Nikolay Stepanovich. Professor of the chair of communication systems and technolo-gies.Doctor of technical sciences, professor.
Voronezh Institute of the Ministry of the Interior of Russia.
Work address: Russia, 394053, Voronezh, Prospect Patriotov, 53. Tel. (473) 262-33-85.
Ключевые слова: узкополосный радиосигнал; цифровая обработка сигнала; квадратурный канал обработки; частотная модуляция; демодуляция.
Key words: narrowband radiosignal; digital signal processing; quadrature channel processing; frequency modulation; demodulation.
УДК 621.391
115
