Демодулятор сигналов шестнадцатипозиционной квадратурной амплитудной манипуляции

Демодулятор сигналов шестнадцатипозиционной квадратурной амплитудной манипуляции

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано при демодуляции сигналов шестнадцатипозиционной квадратурной амплитудной манипуляции (КАМ-16).

Известен демодулятор сигналов шестнадцатипозиционной квадратурной амплитудной манипуляции, содержащий два фазовых детектора, два фильтра нижних частот, фазовращатель и два квантователя (см. патент РФ №2020767, МКИ 5 H 04 L 27/22, опубл. БИ №18, 30.09.94 г.) [1].

Недостатком известного демодулятора является то, что уровень сигнала КАМ-16 не подстраивается в процессе работы так, чтобы всегда оптимальным образом соответствовать уровням срабатывания квантователей. Между тем, уровни срабатывания квантователей установлены равными (0;+1;-1) в каждом из каналов известного устройства именно в предположении об оптимальном уровне сигнала как на входе устройства, так и в каждом из каналов. Пороги квантователей образуют шестнадцать зон принятия решения для каждой точки сигнала КАМ-16 и в том числе, если уровни сигналов на входах квантователей оказываются отличными от нормативных, зоны принятия решений оказываются сформированными неоптимально (отличными от критерия Котельникова-Зигерта [2]), что приводит к увеличению вероятности ошибки на выходе демодулятора и соответствующему снижению помехоустойчивости.

Известен также демодулятор сигналов шестнадцатипозиционной квадратурной амплитудной манипуляции, содержащий блок восстановления несущей, выход которого подключен ко второму входу первого фазового детектора и через фазовращатель на 90° ко второму входу второго фазового детектора, первый вход которого соединен с первым входом первого фазового детектора и является входом демодулятора, выходы первого и второго фазовых детекторов соединены соответственно с входами первого и второго фильтров нижних частот, при этом входы первого, второго, третьего, седьмого и восьмого компараторов соединены, а выходы седьмого и восьмого компараторов соединены с входами первого элемента ИЛИ, выход которого подключен к входу первого счетчика и первому входу второго элемента ИЛИ, выход и второй вход которого соединены соответственно с входом второго счетчика и входом третьего счетчика, который подключен к выходу третьего элемента ИЛИ, входы которого соединены с выходами девятого и десятого компараторов, входы которых соединены с входами четвертого, пятого и шестого компараторов, при этом выходы второго и пятого компараторов являются соответственно первым и вторым выходами демодулятора, выходы первого и третьего компараторов соединены соответственно с первым входом четвертого элемента ИЛИ и прямым входом первого элемента И, инверсный вход и выход которого соединены соответственно с выходом второго компаратора и вторым входом четвертого элемента ИЛИ, выход которого является третьим выходом демодулятора, четвертым выходом которого является выход пятого элемента ИЛИ, входы которого соединены соответственно с выходами шестого компаратора и второго элемента И, к прямому и инверсному входам которого подключены соответственно выходы четвертого и пятого компараторов (см. авт.св.№2019051, МКИ 5 H 04 L 27/22, опубл. БИ №16, 30.08.94 г.) [3].

Недостатком известного демодулятора является низкая помехоустойчивость, обусловленная, как и в устройстве [1], тем, что уровень сигнала КАМ-16 не подстраивается на входе демодулятора и в его каналах в процессе работы так, чтобы всегда соответствовать зонам принятия решений, установленным оптимально по критерию идеального наблюдения.

Известен также демодулятор сигналов шестнадцатипозиционной квадратурной амплитудной манипуляции, содержащий блок восстановления несущей, выход которого подключен ко второму входу первого фазового детектора и через фазовращатель на 90° ко второму входу второго фазового детектора, первый вход которого соединен с первым входом первого фазового детектора, выходы первого и второго фазовых детекторов соединены соответственно с входами первого и второго фильтров нижних частот, при этом входы первого, второго, третьего, седьмого и восьмого компараторов соединены, а выходы седьмого и восьмого компараторов соединены с входами первого элемента ИЛИ, выход которого подключен к входу первого счетчика и первому входу второго элемента ИЛИ, выход и второй вход которого соединены соответственно с входом второго счетчика и входом третьего счетчика, который подключен к выходу третьего элемента ИЛИ, входы которого соединены с выходами девятого и десятого компараторов, входы которых соединены с входами четвертого, пятого и шестого компараторов, при этом выходы второго и пятого компараторов являются соответственно первым и вторым выходами демодулятора, выходы первого и третьего компараторов соединены соответственно с первым входом четвертого элемента ИЛИ и прямым входом первого элемента И, инверсный вход и выход которого соединены соответственно с выходом второго, компаратора и вторым входом четвертого элемента ИЛИ, выход которого является третьим выходом демодулятора, четвертым выходом которого является выход пятого элемента ИЛИ, входы которого соединены соответственно с выходами шестого компаратора и второго элемента И, к прямому и инверсному входам которого подключены соответственно выходы четвертого и пятого компараторов, первый, второй, третий и четвертый входы дешифратора подключены соответственно к первому, второму, третьему и четвертому выходам демодулятора, первый, второй, третий и четвертый выходы дешифратора соединены с соответствующими входами шестого элемента ИЛИ, выход которого соединен с первым входом четвертого счетчика, выход которого соединен с первым входом первого блока сравнения, второй вход которого соединен с выходом пятого счетчика, вход которого соединен с выходом седьмого элемента ИЛИ, входы которого соединены соответственно с пятым, шестым, седьмым и восьмым выходами дешифратора, выход шестого счетчика соединен со вторыми входами четвертого, пятого и первого реверсивного счетчиков, первый и третий входы первого реверсивного счетчика соединены соответственно с первым и вторым выходами первого блока сравнения, выход первого реверсивного счетчика соединен с входом первого цифроаналогового преобразователя, вход и выход первого управляемого усилителя соединен соответственно с выходом первого фильтра нижних частот и входом первого компаратора, вход и выход второго управляемого усилителя соединен соответственно с выходом второго фильтра нижних частот и компаратора, входом четвертого компаратора (см. патент РФ №2198470, МКИ 7 H 04 L 27/22, опубл. БИ №4, 10.02.2003 г.) [4].

Известное устройство обеспечивает поддержание уровня входного сигнала таким, чтобы минимизировать потери помехоустойчивости, связанные с неоптимальным уровнем сигнала на входе демодулятора.

Вместе с тем, известное устройство не способно уменьшить ту составляющую величины потери помехоустойчивости, которая связана с неодинаковыми коэффициентами передачи в каналах демодулятора (т.е. с амплитудной канальной неидентичностью).

Однако даже при установленном оптимальном уровне входного сигнала естественная амплитудная неидентичность коэффициентов передачи синфазного и квадратурного каналов демодулятора (связанная с разными коэффициентами передачи ФД, ФНЧ и т.д.) будет приводить к дополнительным потерям помехоустойчивости, которые в известном устройстве не устраняются.

Таким образом, недостаток известного устройства состоит в его низкой помехоустойчивости.

Из известных технических решений наиболее близким к патентуемому устройству (прототипом) является демодулятор сигналов шестнадцатипозиционной квадратурной амплитудной манипуляции, содержащий блок восстановления несущей, выход которого подключен ко второму входу первого фазового детектора и через фазовращатель на 90° ко второму входу второго фазового детектора, первый вход которого соединен с первым входом первого фазового детектора, выходы первого и второго фазовых детекторов соединены соответственно с входами первого и второго фильтров нижних частот, при этом входы первого, второго, третьего, седьмого и восьмого компараторов соединены, а выходы седьмого и восьмого компараторов соединены с входами первого элемента ИЛИ, выход которого подключен к входу первого счетчика и первому входу второго элемента ИЛИ, выход и второй вход которого соединены соответственно с входом второго счетчика и входом третьего счетчика, который подключен к выходу третьего элемента ИЛИ, входы которого соединены с выходами девятого и десятого компараторов, входы которых соединены с входами четвертого, пятого и шестого компараторов, при этом выходы второго и пятого компараторов являются соответственно первым и вторым выходами демодулятора, выходы первого и третьего компараторов соединены соответственно с первым входом четвертого элемента ИЛИ и прямым входом первого элемента И, инверсный вход и выход которого соединены соответственно с выходом второго компаратора и вторым входом четвертого элемента ИЛИ, выход которого является третьим выходом демодулятора, четвертым выходом которого является выход пятого элемента ИЛИ, входы которого соединены соответственно с выходами шестого компаратора и второго элемента И, к прямому и инверсному входам которого подключены соответственно выходы четвертого и пятого компараторов, первый, второй, третий и четвертый входы дешифратора подключены соответственно к первому, второму, третьему и четвертому выходам демодулятора, первый, второй, третий и четвертый выходы дешифратора соединены с соответствующими входами шестого элемента ИЛИ, выход которого соединен с первым входом четвертого счетчика, выход которого соединен с первым входом первого блока сравнения, второй вход которого соединен с выходом пятого счетчика, вход которого соединен с выходом седьмого элемента ИЛИ, входы которого соединены соответственно с пятым, шестым, седьмым и восьмым выходами дешифратора, выход шестого счетчика соединен со вторыми входами четвертого, пятого и первого реверсивного счетчиков, первый и третий входы первого реверсивного счетчика соединены соответственно с первым и вторым выходами первого блока сравнения, выход первого реверсивного счетчика соединен с входом первого цифроаналогового преобразователя, вход и выход первого управляемого усилителя соединен соответственно с выходом первого фильтра нижних частот и входом первого компаратора, вход и выход второго управляемого усилителя соединен соответственно с выходом второго фильтра нижних частот и входом четвертого компаратора, девятый, десятый, одиннадцатый и двенадцатый выходы дешифратора соединены с входами восьмого элемента ИЛИ, выход седьмого счетчика соединен с первым входом второго блока сравнения, второй вход которого соединен с выходом восьмого счетчика, входы девятого элемента ИЛИ соединены с тринадцатым, четырнадцатым, пятнадцатым и шестнадцатым выходами дешифратора, выход шестого счетчика соединен со вторыми входами седьмого, восьмого и второго реверсивного счетчиков, первый и третий входы второго реверсивного счетчика соединены соответственно с первым и вторым выходами второго блока сравнения, выход второго реверсивного счетчика соединен с входом второго цифроаналогового преобразователя, выход которого соединен со вторыми входами первого и второго управляемых усилителей, выход первого цифроаналогового преобразователя соединен со вторым входом третьего управляемого усилителя, выход которого соединен с первым входом первого фазового детектора, а первый вход является входом демодулятора (см. патент РФ №2234814, МКИ 7 H 04 L 27/22, опубл. БИ №23, 20.08.2005 г.) [7] - прототип.

Устройство-прототип обеспечивает не только поддержание оптимальным уровня входного сигнала, но и устраняет ту составляющую потерь помехоустойчивости, которая связана с амплитудной канальной неидентичностью демодулятора, за счет того, что устройство-прототип устанавливает и поддерживает в процессе работы одинаковые коэффициенты передачи в каналах демодулятора.

Вместе с тем, операции над сигналом, используемые для вычисления коэффициентов передачи в каналах демодулятора, обуславливают низкую точность устанавливаемых коэффициентов передачи. Это связано с тем, что в устройстве-прототипе для определения степени амплитудной канальной неидентичности используется разница в количестве подсчитанных за определенный интервал сигнальных точек с преобладанием коэффициента передачи по синфазному каналу (ПКПС) и точек с преобладанием коэффициента передачи по квадратурному каналу (ПКПК).

Разница же в количестве сигнальных точек с ПКПС и точек с ПКПК слабо зависит от истинной разницы в коэффициентах передачи (усилении) в каналах демодулятора, что приводит к низкой точности устанавливаемой канальной идентичности демодулятора.

Таким образом, недостаток устройства-прототипа состоит в его низкой помехоустойчивости, обусловленной низкой точностью поддержания идентичными коэффициентов передачи в каналах демодулятора (которые для достижения максимально возможной помехоустойчивости должны соответствовать оптимальным зонам принятия решений).

Технический результат - повышение помехоустойчивости демодуляции сигналов КАМ-16 за счет повышения точности установки и поддержания коэффициентов передачи в синфазном и квадратурном каналах демодулятора одинаковыми и, следовательно, соответствующими оптимальным зонам принятия решений - достигается выполнением следующих операций над сигналом:

- каждую демодулированную тетраду информационных символов ABCD дешифрируют и определяют номер зоны принятия решения, к которой демодулятор отнес принятую сигнальную точку;

- устанавливают циклически повторяющийся интервал счета m тактов;

- подсчитывают за выбранный интервал счета m количества сигнальных точек, отнесенных демодулятором к любой из четырех зон принятия решений, номера которых соответствуют входному сигналу с максимальной (минимальной) амплитудой;

- один раз в конце выбранного интервала счета сравнивают подсчитанные количества демодулированных сигнальных точек с максимальной и минимальной амплитудой и, в случае их несовпадения, изменяют на одну дискрету уровень сигнала на управляющем входе третьего управляемого усилителя, включенного по входу демодулятора,

при этом:

- в случае, если количество сигнальных точек с максимальной амплитудой больше (меньше) количества сигнальных точек с минимальной амплитудой, изменяют уровень сигнала на управляющем входе третьего усилителя таким образом, чтобы это приводило к уменьшению (увеличению) сигнала на его выходе;

- подсчитывают за выбранный интервал счета m количество сигнальных точек, отнесенных демодулятором к любой из четырех зон, соответствующих сигналу с аномально большим по сравнению с нормативным уровнем по синфазному каналу (сигнал АБУС);

- подсчитывают за выбранный интервал счета m количество сигнальных точек, отнесенных демодулятором к любой из четырех зон, соответствующих сигналу с аномально большим по сравнению с нормативным уровнем по квадратурному каналу (сигнал АБУК);

- один раз в конце выбранного интервала счета сравнивают подсчитанные количества демодулированных сигнальных точек с АБУС и с АБУК и, в случае их несовпадения, изменяют на одну дискрету уровни сигналов на управляющих входах первого и второго управляемых усилителей, включенных в синфазный и квадратурный каналы демодулятора, при этом:

- в случае, если количество сигнальных точек с АБУС больше (меньше) количества сигнальных точек с АБУК, то изменяют уровни сигналов на управляющих входах первого и второго усилителей так, чтобы это приводило к уменьшению (увеличению) сигнала на выходах усилителей в соответствующих каналах.

Таким образом, замыкаются две петли автоматической регулировки усиления, причем при этом не только уровень входного сигнала КАМ-16, но и уровни сигналов в каждом из каналов демодулятора точно поддерживаются соответствующими оптимальным зонам принятия решений.

При этом использование разницы в количествах сигнальных точек с АБУС и АБУК в качестве меры канальной неидентичности демодулятора позволяет предельно точно отслеживать возникающую в процессе работы канальную неидентичность и таким образом повышает помехоустойчивость демодулятора в сравнении с прототипом.

Это достигается тем, что демодулятор сигналов шестнадцатипозиционной квадратурной амплитудной манипуляции содержит блок восстановления несущей, выход которого подключен ко второму входу первого фазового детектора и через фазовращатель на 90° ко второму входу второго фазового детектора, первый вход которого соединен с первым входом первого фазового детектора, выходы первого и второго фазовых детекторов соединены соответственно с входами первого и второго фильтров нижних частот, при этом входы первого, второго, третьего, седьмого и восьмого компараторов соединены, а выходы седьмого и восьмого компараторов соединены с входами первого элемента ИЛИ, выход которого подключен к входу первого счетчика и первому входу второго элемента ИЛИ, выход и второй вход которого соединены соответственно с входом второго счетчика и входом третьего счетчика, который подключен к выходу третьего элемента ИЛИ, входы которого соединены с выходами девятого и десятого компараторов, входы которых соединены с входами четвертого, пятого и шестого компараторов, при этом выходы второго и пятого компараторов являются соответственно первым и вторым выходами демодулятора, выходы первого и третьего компараторов соединены соответственно с первым входом четвертого элемента ИЛИ и прямым входом первого элемента И, инверсный вход и выход которого соединены соответственно с выходом второго компаратора и вторым входом четвертого элемента ИЛИ, выход которого является третьим выходом демодулятора, четвертым выходом которого является выход пятого элемента ИЛИ, входы которого соединены соответственно с выходами шестого компаратора и второго элемента И, к прямому и инверсному входам которого подключены соответственно выходы четвертого и пятого компараторов, первый, второй, третий и четвертый входы дешифратора подключены соответственно к первому, второму, третьему и четвертому выходам демодулятора, первый, второй, третий и четвертый выходы дешифратора соединены с соответствующими входами шестого элемента ИЛИ, выход которого соединен с первым входом четвертого счетчика, выход которого соединен с первым входом первого блока сравнения, второй вход которого соединен с выходом пятого счетчика, вход которого соединен с выходом седьмого элемента ИЛИ, входы которого соединены соответственно с пятым, шестым, седьмым и восьмым выходами дешифратора, выход шестого счетчика соединен со вторыми входами четвертого, пятого и первого реверсивного счетчиков, первый и третий входы первого реверсивного счетчика соединены соответственно с первым и вторым выходами первого блока сравнения, выход первого реверсивного счетчика соединен с входом первого цифроаналогового преобразователя, вход и выход первого управляемого усилителя соединен соответственно с выходом первого фильтра нижних частот и входом первого компаратора, вход и выход второго управляемого усилителя соединен соответственно с выходом второго фильтра нижних частот и входом четвертого компаратора, девятый, десятый, одиннадцатый и двенадцатый выходы дешифратора соединены с входами восьмого элемента ИЛИ, выход седьмого счетчика соединен с первым входом второго блока сравнения, второй вход которого соединен с выходом восьмого счетчика, входы девятого элемента ИЛИ соединены с тринадцатым, четырнадцатым, пятнадцатым и шестнадцатым выходами дешифратора, выход шестого счетчика соединен со вторыми входами седьмого, восьмого и второго реверсивного счетчиков, первый и третий входы второго реверсивного счетчика соединены соответственно с первым и вторым выходами второго блока сравнения, выход второго реверсивного счетчика соединен с входом второго цифроаналогового преобразователя, выход которого соединен со вторыми входами первого и второго управляемых усилителей, выход первого цифро-аналогового преобразователя соединен со вторым входом третьего управляемого усилителя, выход которого соединен с первым входом первого фазового детектора, а первый вход является входом демодулятора.

Согласно изобретению, в него введены третий и четвертый элементы И, выходы которых соединены соответственно с первыми входами седьмого и восьмого счетчиков, первые входы третьего и четвертого элементов И соединены соответственно с выходами первого и третьего элементов ИЛИ, вторые входы третьего и четвертого элементов И соединены соответственно с выходами восьмого и девятого элементов ИЛИ.

Новые блоки позволяют выполнить новые операции над сигналом, а именно подсчитывать и сравнивать между собой количества сигнальных точек с АБУС и АБУК (а не сигнальных точек с ПКПС и с ПКПК, как в прототипе). Поскольку разница в количествах сигнальных точек с АБУС и АБУК предельно чувствительна к канальной неидентичности демодулятора (при том, что используемая в прототипе разница в количествах сигнальных точек с ПКПС и ПКПК к канальной неидентичности демодулятора чувствительна слабо), это повышает точность поддержания канальной идентичности демодулятора и в итоге повышает его помехоустойчивость.

На фиг.1 приведена функциональная схема демодулятора сигналов КАМ-16.

На фиг.2 приведены сигнальные точки ансамбля КАМ-16 и соответствующие им оптимальные зоны принятия решений.

Фиг.3 иллюстрирует принцип измерения вероятности ошибки на выходе демодулятора.

Фиг.4 и фиг.5 иллюстрируют принцип поддержания оптимальным (соответствующим максимальной помехоустойчивости) уровня входного сигнала.

Фиг.6 и фиг.7 иллюстрируют возможные предельные случаи канальной неидентичности демодулятора.

Фиг.8 иллюстрирует принцип поддержания оптимальным (соответствующим максимальной помехоустойчивости) уровня сигнала в каждом из каналов демодулятора, т.е. канальной идентичности демодулятора. При этом фиг.6а соответствует нормативному уровню по одному из каналов, а фиг.6б - избыточному.

Демодулятор сигналов КАМ-16 содержит первый, второй фазовые детекторы 1, 2, первый, второй фильтры 3, 4 нижних частот, первый - десятый компараторы 5-14, первый, второй элементы И 15, 16, фазовращатель 17 на 90°, блок 18 восстановления несущей, первый - пятый элементы ИЛИ 19-23, первый, второй, третий счетчики 24-26, дешифратор 27, шестой и седьмой элементы ИЛИ 28, 29, четвертый - шестой счетчики 30-32, первый блок 33 сравнения, первый реверсивный счетчик 34, первый цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) 35, первый и второй управляемые усилители 36, 37, восьмой и девятый элементы ИЛИ 38, 39, седьмой и восьмой счетчики 40, 41, второй блок 42 сравнения, второй реверсивный счетчик 43, второй ЦАП 44, третий управляемый усилитель 45, третий и четвертый элементы И 62 и 63.

Дешифратор 27 имеет с первого по шестнадцатый выходы 46-61.

Выход блока 18 восстановления несущей подключен ко второму входу первого фазового детектора 1 и через фазовращатель 17 на 90° - ко второму входу второго фазового детектора 2, первый вход которого соединен с первым входом первого фазового детектора 1.

Выходы первого и второго фазовых детекторов 1 и 2 соединены соответственно с входами первого и второго фильтров нижних частот 3 и 4, при этом входы первого, второго, третьего, седьмого и восьмого компараторов 5, 6, 7, 11, 12 соединены, а выходы седьмого и восьмого компараторов 11 и 12 соединены с входами первого элемента ИЛИ 19, выход которого подключен к входу первого счетчика 24 и первому входу второго элемента ИЛИ 20, выход и второй вход которого соединены соответственно с входом второго счетчика 25 и входом третьего счетчика 26, который подключен к выходу третьего элемента ИЛИ 21, входы которого соединены с выходами девятого и десятого компараторов 13 и 14, входы которых соединены с входами четвертого, пятого и шестого компараторов 8, 9, 10.

Выходы второго и пятого компараторов 6 и 9 являются соответственно первым и вторым выходами демодулятора, выходы первого и третьего компараторов 5 и 7 соединены соответственно с первым входом четвертого элемента ИЛИ 22 и прямым входом первого элемента И 15, инверсный вход и выход которого соединены соответственно с выходом второго компаратора 6 и вторым входом четвертого элемента ИЛИ 22, выход которого является третьим выходом демодулятора, четвертым выходом которого является выход пятого элемента ИЛИ 23, входы которого соединены соответственно с выходами шестого компаратора 10 и второго элемента И 16, к прямому и инверсному входам которого подключены соответственно выходы четвертого и пятого компараторов 8 и 9.

Первый, второй, третий и четвертый входы дешифратора 27 подключены соответственно к первому, второму, третьему и четвертому выходам демодулятора, первый, второй, третий и четвертый выходы дешифратора 27 соединены с соответствующими входами шестого элемента ИЛИ 28, выход которого соединен с первым входом четвертого счетчика 30, выход которого соединен с первым входом первого блока сравнения 33, второй вход которого соединен с выходом пятого счетчика 31, вход которого соединен с выходом седьмого элемента ИЛИ 29, входы которого соединены соответственно с пятым, шестым, седьмым и восьмым выходами дешифратора 27.

Выход шестого счетчика 32 соединен со вторыми входами четвертого, пятого и первого реверсивного счетчиков 30, 31, 34, первый и третий входы первого реверсивного счетчика 34 соединены соответственно с первым и вторым выходами первого блока сравнения 33, выход первого реверсивного счетчика 34 соединен с входом первого цифроаналогового преобразователя 35, вход и выход первого управляемого усилителя 36 соединен соответственно с выходом первого фильтра нижних частот 3 и входом первого компаратора 5, вход и выход второго управляемого усилителя 37 соединен соответственно с выходом второго фильтра нижних частот 4 и входом четвертого компаратора 8, девятый, десятый, одиннадцатый и двенадцатый выходы дешифратора 27 соединены с входами восьмого элемента ИЛИ 38, выход седьмого счетчика 40 соединен с первым входом второго блока сравнения 42, второй вход которого соединен с выходом восьмого счетчика 41, входы девятого элемента ИЛИ 39 соединены с тринадцатым, четырнадцатым, пятнадцатым и шестнадцатым выходами дешифратора 27, выход шестого счетчика 32 соединен со вторыми входами седьмого, восьмого и второго реверсивного счетчиков 40, 41, 43.

Первый и третий входы второго реверсивного счетчика 43 соединены соответственно с первым и вторым выходами второго блока сравнения 42, выход второго реверсивного счетчика 43 соединен с входом второго цифроаналогового преобразователя 44, выход которого соединен со вторыми входами первого и второго управляемых усилителей 36 и 37, выход первого цифроаналогового преобразователя 35 соединен со вторым входом третьего управляемого усилителя 45, выход которого соединен с первым входом первого фазового детектора 1, а первый вход является входом демодулятора.

Выходы третьего и четвертого элементов И 62, 63 соединены соответственно с первыми входами седьмого и восьмого счетчиков 40, 41, первые входы третьего и четвертого элементов И 62, 63 соединены соответственно с выходами первого и третьего элементов ИЛИ 19, 21, вторые входы третьего и четвертого элементов И 62, 63 соединены соответственно с выходами восьмого и девятого элементов ИЛИ 38, 39.

Демодулятор работает следующим образом. На вход демодулятора поступает сигнал КАМ-16 в виде

где А, В, С, D - выбираемые из множества /-1;+1/ информационные символы;

W₀ - несущая частота сигнала.

Представление сигнала КАМ-16 в виде (1) хорошо согласуется с суперпозиционным принципом формирования сигнала КАМ-16.

Между передаваемыми информационными символами /-1;+1/ в каждом разряде квадруплета ABCD и битами тетрады битов при каждой сигнальной точке ансамбля КАМ-16 существует простое соответствие: символ - 1 соответствует биту 0, а символ+1 соответствует биту 1.

Исходя из этого, можно сказать, что в тетраде битов, приписанных каждой сигнальной точке ансамбля КАМ-16 на фиг.2, первый бит соответствует символу А, второй - В, третий - С и четвертый - D. Так, тетрада 0101 означает передачу следующих символов: А=-1,В=+1, C=-1, D=+1.

Обозначим напряжение на выходе фильтра 3 как U₃, напряжение на выходе фильтра 4 как U₄ (см. фиг.2). При этом сигнальные точки КАМ-16 на фиг.2 соответствуют одинаковым и оптимальным коэффициентам передачи по каждому из двух каналов демодулятора.

На выходе любого из компараторов формируется логическая 1, если уровень на его входе превышает порог срабатывания (и наоборот).

Восьмой и десятый компараторы 12 и 14 имеют инверсные выходы.

Пороги срабатывания компараторов приведены в таблице 1.

Из сопоставления расположения сигнальных точек ансамбля КАМ-16 и зон принятия решения на фиг.2 следует то, что на выходе компаратора 6 формируется символ А, на выходе компаратора 9 - символ В.

Образование символа С происходит по правилу:

где Е и F - двоичные данные на выходе компараторов 5 и 7 соответственно;

+ - символ булевской операции сложения (ИЛИ).

Образование символа D происходит по аналогичному правилу.

При этом блоки 15, 22 и 16, 23 формируют уравнение вида (2) для определения символов С и D соответственно.

Рассмотрим, каким образом происходит восстановление данных при демодуляции, например, сигнальной точки S₈ (см. фиг.3). При приеме сигнальной точки S₈ на выходах ФНЧ 3 и ФНЧ 4 напряжения будут таковы, что срабатывают компараторы 6 и 9 с нулевыми порогами и на первом выходе демодулятора появится бит 1 (А=+1), на втором выходе появится бит 1 (В=+1). Поскольку компаратор 5 также сработает (ибо напряжение U₃ превышает пороговую для компаратора 5 величину +1), то через элемент ИЛИ 22 на третьем выходе демодулятора появится бит 1 (С=+1).

Компаратор 10 не сработает, ибо U₄ не превышает пороговой для компаратора величины 1. Компаратор 8 срабатывает, так как порог составляет -1, но элемент И 16 будет закрыт по инверсному входу сигналом с выхода компаратора 9 и в итоге на выходе элемента ИЛИ 23 будет сформирован бит 0 (D=-1). Данный набор битов 1110 полностью соответствует коду на фиг.2 для точки S₈ (фиг.3).

При передаче любой сигнальной точки S₁-S₁₆ логика работы компараторов 5-14, элементов И 15, 16 и элементов ИЛИ 22, 23 такова, что всегда на первом выходе демодулятора будет формироваться символ А, на втором выходе - символ В, на третьем - символ С, на четвертом - D (см. фиг.1) в соответствии с выбранным манипуляционным кодом (см. фиг.2).

Рассмотрим, каким образом происходит измерение вероятности ошибки на выходе демодулятора.

Поскольку заявляемый демодулятор принимает решения по критерию идеального наблюдателя, то ошибки при приеме сигналов ансамбля КАМ-16 происходят в демодуляторе только тогда, когда передаваемая сигнальная точка под воздействием шума попадает на сигнальной плоскости в зону принятия решения, соответствующей другой сигнальной точке. Так, при приеме символа (см. фиг.3) демодулятор выносит решение в пользу ближайшей разрешенной сигнальной точки S₄, и ошибки не происходит. Если же под воздействием шума передаваемая точка занимает место (т.е. попадает в зону решения другой сигнальной точки), то решение выносится в пользу точки S₃ (см. фиг.3), и на выходе демодулятора возникает ошибка в символе.

Факт такой ошибки при приеме полностью случайного информационного сигнала (не имеющего корреляционной связи между символами) никаким образом не может быть обнаружен. Однако, если положить, что вероятностью пересечения векторного шума более чем одной границы на решающей сети (фиг.3) можно пренебречь (что всегда выполняется на практике), то в этом случае, наблюдая за попаданием точек в дополнительные зоны, можно измерять вероятность ошибок.

Действительно, пребывание точки в заштрихованной зоне не приводит к возникновению ошибки (поскольку решение выносится в пользу истинной точки ), однако при этом можно составить представление о действующем на входе векторе шума , который при передаче любой из точек S₁-S₃, S₅-S₇, S₉-S₁₁, S₁₃-S₁₅ привел бы к возникновению ошибки.

Перейдем к строгому доказательству возможности измерения вероятности ошибки в заявляемом устройстве.

Вероятность Р_GU пребывания точки в левой полуплоскости, ограниченной прямой (GU), определяется по формуле

где p_s1=P_s5=P_s9=P_s13 - априорные вероятности передачи сигнальных точек S₁, S₅, S₉, S₁₃;

р_ш - вероятность того, что шум уведет передаваемую точку влево за границу GU.

Поскольку все сигнальные точки ансамбля КАМ-16 передаются с одинаковой вероятностью, равной 1/16, то формулу 3 можно преобразовать к виду

Поскольку шум «уводит» сигнальные точки от их истинного положения в соседние зоны принятия решения с одинаковой вероятностью (канал симметричен), то

где Р_ош - вероятность ошибки на выходе демодулятора.

Подставляя выражение (5) в выражение (4), имеем:

Аналогично этому, вероятность пребывания точки в правой полуплоскости, ограниченной прямой KQ, есть

Поскольку события, заключающиеся в нахождении сигнальной точки слева от прямой GU или справа от прямой KQ, несовместимы, то вероятность того, что произойдет любое из этих событий, есть сумма вероятностей, определяемых формулами (4) и (7)

Факт появления сигнальной точки слева от прямой GU определяется по срабатыванию компаратора 12 с порогом срабатывания - 2. Факт появления сигнальной точки справа от прямой KQ определяется по срабатыванию компаратора 11 с порогом срабатывания+2. Прямые GU и KQ пересекают ось абсцисс на фиг.2 именно в точках -2 и+2. Значит, объединяя через элемент ИЛИ 19 выходы компараторов 11 и 12, можно измерять вероятность ошибки в символе по данному квадратурному каналу (по оси U₃ на фиг.2).

Поток импульсов с выхода элемента ИЛИ 19 поступает на счетчик 24. Умножая на коэффициент, равный 8, показания счетчика 24 (в соответствии с формулой (8)), можно определить вероятность ошибки в символах А и С на выходе демодулятора.

Аналогично этому, вероятность ошибки в символах В и D можно определить по показаниям счетчика 26 (также через коэффициент, равный 8).

Итоговую вероятность (по всем символам А, В, С, D) ошибки можно определить по показаниям счетчика 25, умножая их на 4.

При этом вероятность ошибки определяется так:

где Р_ош - вероятность ошибки на выходе демодулятора;

N₂₅ - показания счетчика 25;

m - длительность интервала счета в тактах.

Рассмотрим, каким образом происходит подсчет количества сигнальных точек с максимальной (минимальной) амплитудой, принятых за период счета.

Дешифратор 27 является дешифратором двоичных кодов, поступающих на его вход, при этом первый вход дешифратора 27 соответствует старшему разряду, а четвертый вход - младшему. Кроме того, логическая 1 формируется на одном из выходов дешифратора при поступлении на его вход кодов в соответствии с таблицей 2.

В этой же таблице показаны номера сигнальных точек, соответствующих кодам на входах дешифратора 27.

В соответствии с этим и логикой работы элементов ИЛИ 28 и 29, показания N₃₀ четвертого счетчика 30 будут означать количество сигнальных точек максимального уровня (S₁₃; S₁; S₁₆; S₄), демодулированных за интервал счета, а показания N₃₁ пятого счетчика 31 - количество сигнальных точек минима