Корреляционный приемник

Корреляционный приемник обнаруживает и идентифицирует сигнал, сравнивая его с опорным сигналом. Сравнение осуществляется вычислением коэффициента взаимной корреляции r принятого s(t) и опорного sоп(t) сигналов за время передачи одного символа Тs:

Es –энергия сигнала, соответствующего одному символу. В общем случае коэффициент корреляции может принимать значения от +1 при идентичных сигналах до -1 при противоположных (антиподных) сигналах. Сигналы, для которых r = 0, называются ортогональными. Примеры противоположных сигналов s1(t), s2(t):

В качестве опорного сигнала достаточно взять один из этих сигналов, например, s1(t). При приеме сигнала s1(t) или s2(t) на выходе корреляционного приемника будет получен сигнал положительной или отрицательной полярности соответственно.

На рисунке дан пример ортогональных, на интервале Тs, сигналов разных частот s1(t), s2(t), представляющих «1» и «0». Для определения принятого символа в корреляционном приемнике необходимы два опорных сигнала, являющихся копиями сигналов s1(t) и s2(t). Среднее, на интервале Тs, значение сигнала s1(t)s2(t) равно нулю, среднее значение сигнала s2(t)s2(t), как и s1(t)s1(t), положительно. Чтобы сигналы разных частот были ортогональны, необходимо определенное соотношение между значениями разности частот и длительностью символа – временем интегрирования.

В цифровых приемниках перенос частоты осуществляется сразу на нулевую частоту. При приеме сигналов со сложными видами модуляции важен точный прием не только амплитудной, но и фазовой составляющей сигнала.

Для того чтобы не потерять фазу принимаемого сигнала, из сигнала с выхода цифрового фильтра основной избирательности выделяется его синфазная I и квадратурная составляющие. Для этого сигнал умножается на тригонометрические функции sin(wпрt) и cos(wпрt). На выходе умножителя на синусоидальную функцию формируется сигнал, описываемый следующей формулой:

После пропускания этого сигнала через цифровой фильтр низкой частоты на его выходе остается сигнал квадратурной составляющей входного сигнала.

На выходе умножителя на косинусоидальную функцию формируется сигнал, описываемый следующей формулой:

Этот сигнал тоже пропускается через фильтр низких частот с точно такой же частотной характеристикой. На выходе этого фильтра остается сигнал синфазной составляющей входного сигнала.

Структурная схема квадратурного демодулятора, реализованного в цифровом виде, приведена на рисунке 1.

Рисунок 1. Структурная схема квадратурного демодулятора.

Для формирования сигналов синуса и косинуса принимаемой частоты обычно применяется цифровой генератор.

После ограничения преобразованного по частоте сигнала по спектру, появляется возможность уменьшить частоту его дискретизации. Поэтому на выходе фильтров низкой частоты ставятся дециматоры. Обычно операции децимации и фильтрации удобно выполнять в одном устройстве. Такие устройства получили название децимирующих фильтров.

Пусть форма обрабатываемого сигнала заранее известна, и нам нужно определить лишь факт присутствия сигнала на фоне шумов. В этом случае фильтр должен вместо сохранения формы сигнала обеспечить его максимальный (по сравнению с шумом) уровень на выходе. Критерием качества обработки в данном случае может служить отношение сигнал/шум, определяемое как: С/Ш = , где - дисперсия помехи

Согласованная фильтрация нашла широкое применение в радиолокации, поскольку фильтр можно настроить на заранее известный тип принимаемого сигнала.

Согласованная фильтрация при применении линейно-частотномодулированного сигнала ЛЧМ(применяется в радиолокации) позвояет получить выигрыш в отношении сигнал-шум до 18 децибел.

Согласованный фильтр — такое устройство, которое на выходе максимизирует отношение сигнал шум.

Согласованный фильтр — линейный оптимальный фильтр, построенный исходя из известных спектральных характеристик полезного сигнала и шума.

Функция неопределенности (ФН) — двумерная функция , представляющая собой зависимость величины отклика согласованного фильтра на сигнал, сдвинутый по времени на и по частоте на относительно сигнала , согласованного с этим фильтром. Иными словами, она характеризует степень различия откликов фильтра на сигналы с различной временной задержкой (дальность) и частотой (радиальная скорость). Используется для анализа разрешающей способности сигналов по дальности и радиальной скорости в радиолокации.

Функция неопределенности представляет собой корреляционный интеграл

,

(1)

где * — операция комплексного сопряжения; — мнимая единица.

Относительное движение создает весьма значительные доплеровские составляющие или сдвиги частоты несущей сигналов в линиях связи. Поскольку эти доплеровские составляющие изменяются при движении абонентских терминалов и спутников, они создают некоторый диапазон неопределенности по частоте сигнала несущей или, проще говоря, частотную неопределенность. Аналогичные эффекты можно наблюдать в наземных системах, в которых абонентский терминал движется с высокой скоростью, например - когда он используется в движущемся с высокой скоростью поезде или другом транспортном средстве.
Синхронизация передатчика и приемника нужна для того, чтобы приемник точно знал, в какой момент времени необходимо считывать новую информацию с линии связи.. На небольших расстояниях хорошо работает схема, основанная на отдельной тактирующей линии связи (рис. 2.15), так что информация снимается с линии данных только в момент прихода тактового импульса. На больших расстояниях неравномерность скорости распространения сигнала может привести к тому, что тактовый импульс придет настолько позже или раньше соответствующего сигнала данных, что бит данных будет пропущен или считан повторно.

Синхронизация - это процесс установления и поддержания синхронного состояния. В системах связи одна последовательность событий происходит в передатчике, а другая – в приемнике. Они сдвинуты на постоянное время – время распространения сигнала от передатчике к приемнику. Их принято считать синхронными, если одноименные события в них происходят в одинаковом порядке через равные интервалы времени.

При передаче дискретных сообщений, сигналы – это последовательность единичных элементов определенной длинны. Поэтому необходима синхронизация отсчетов времени в передатчике и приемнике.

Очень часто отсчеты времени называют тактами, а синхронизацию – тактовой. На приемной стороне переданное сообщение восстанавливается путем обработки каждого элемента решающим устройством. Синхронизированная последовательность отсчетов времени, тактовых импульсов, из которых формируются импульсы РУ должна находиться в определенном фазовом соотношении с принимаемым сообщением.

Задача систем синхронизации – вырабатывать опорный сигнал, один или несколько параметров которого совпадают с соответствующими параметрами принимаемого сигнала.

Дата добавления: 2015-07-08