Волкова А.А., магимтрант; Чичикало Н.И., профессор

ГВУЗ Донецкий национальный технический университет

В современных телекоммуникациях важной задачей при передаче сигналов является точное их восстановление на приемной стороне. Эта задача выполняется демодуляторами. Важнейшей частью демодуляторов являются детекторы. Одним из вариантов построения детекторов являются детекторы на основе систем фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ).

На качество работы системы ФАПЧ как следящей системы существенное влияние оказывают элементы, входящие в ее состав. Структурная схема системы ФАПЧ представлена на рис. 1. Базовыми составляющими ФАПЧ являются фазовый компаратор, фильтр нижних частот и генератор, управляемый напряжением (ГУН).

Наличие помех в канале связи обуславливает искажение полезного сигнала. Если детектор обладает низкой помехоустойчивостью, то в процессе восстановления сигнала могут возникать одиночные битовые ошибки на выходе демодулятора. При наличии интенсивных помех ФАПЧ может выйти из режима слежения, что приведет к потере информации. Часть информационных бит теряется в процессе захвата сигнала системой. Таким образом, система ФАПЧ должна обладать высокой помехоустойчивостью по отношению к одиночным ошибкам и обеспечивать быстрый захват сигнала.

Качество работы системы в целом определяется количеством потерянных бит. Ввиду указанных выше причин возникновения ошибок, в качестве критерия оценки работы системы можно принять ее точность, быстродействие и помехоустойчивость.

В данной работе проводилось исследование работы фазовых компараторов с целью определения оптимальной схемы для построения детекторов на основе ФАПЧ. Исследование проводилось средствами моделирования на ЭВМ.

Фазовый компаратор служит для измерения мгновенной разницы фаз сигналов, поступающих из линии связи и с выхода ГУН. Фазовый компаратор может быть аналоговым и цифровым. Считается, что аналоговые компараторы обладают высокой помехоустойчивостью, в то время как цифровые имеют большую полосу захвата.

В данной работе проводилось сравнение аналогового компаратора, построенного на основе перемножителя, и цифрового компаратора с тремя устойчивыми состояниями, построенного на основе D-триггеров и логического элемента «НЕ И». Их структурные схемы представлены на рис. 2.

Исследовалась работа фазовых компараторов в условиях интенсивных помех и при наличии фазового рассогласования входных сигналов. Оценивалось среднее значение уровней сигналов на выходе компараторов и значение флуктуаций сигнала. Исследования показали, что данные фазовые компараторы ведут себя по-разному. Так, аналоговый компаратор является наиболее помехоустойчивым. Уровень его постоянной составляющей практически не варьируется в зависимости от уровня помех, а флуктуации сигнала значительно меньше, чем на выходе цифрового компаратора.

Далее фазовые компараторы включались в состав системы ФАПЧ, и исследовалась их способность осуществлять захват сигнала при разных значениях крутизны характеристики ГУН. В ходе исследования были выявлены следующие закономерности.

Аналоговая система ФАПЧ осуществляет захват сигнала в диапазоне значений крутизны характеристики ГУН от 0,1 Гц/В до 0,3 Гц/В (рис. 3). При дальнейшем увеличении крутизны характеристики наблюдается значительное увеличение длительности переходного процесса. При значениях крутизны характеристики ГУН свыше 0,7 Гц/В система ФАПЧ с аналоговым фазовым детектором не осуществляет захват сигнала.

Система ФАПЧ с цифровым фазовым компаратором способна осуществлять захват сигнала при значениях крутизны характеристики ГУН от 0,05 Гц/В до 30 Гц/В (рис. 4). При этом наблюдается временная задержка сигнала на выходе ФАПЧ, что объясняется временем, необходимым для срабатывания логических элементов в составе компаратора.

Таким образом, было подтверждено, что аналоговые фазовые компараторы в условиях влияния помех работают более эффективно, чем цифровые. В то же время использование цифровых компараторов позволяет уменьшить время захвата сигнала системой. Есть основание считать, что совместное использование аналоговых и цифровых компараторов позволит одновременно повысить точность и помехоустойчивость системы и увеличить ее быстродействие.