УСТРОЙСТВО ДЛЯ ФОРМОВАНИЯ ЧАСТОТНО-МОДУЛИРОВАННОГО СИГНАЛА Российский патент 1995 года по МПК H04L27/12 

Изобретение относится к электросвязи, преимущественно к передаче данных с помощью частотно-модулированных сигналов.

Известно устройство формирования ЧМ сигнала [1] состоящее из эталонного генератора, смесителя, усилителя, ЧМ дискриминатора, блока выборки и хранения, сумматора, ключа и генератора. Принцип действия таких систем основан на перестройке характеристик генератора при воздействии входного манипулированного сигнала.

Наиболее близкой по технической сущности к предложенному объекту является устройство для формирования частотно-манипулированных сигналов [2]
Недостатки работы прототипа приводят к низкой достоверности принимаемых ЧМ сигналов.

Целью настоящего изобретения является увеличение помехоустойчивости принимаемых сигналов.

В устройство для формирования частотно-модулированного сигнала, содержащее генератор, первый выход которого соединен с первым входом первого делителя частоты с переменным коэффициентом деления, дешифратор, делитель частоты, выход которого соединен с входом полосового фильтра, выход которого является выходом устройства, введены второй, третий, делители частоты с переменным коэффициентом деления, первый, второй, третий постоянно-запоминающие устройства, реверсивный счетчик, первый, второй элементы И-НЕ и инвертор, причем второй и третий выход генератора соединен с первыми входами элементов И-НЕ, выходы которых соединены с входами реверсивного счетчика, выход которого соединен с входами дешифратора и всех постоянно-запоминающих устройств, первый, второй выходы первого постоянно-запоминающего устройства соединены с вторым и третьим выходами первого делителя частоты с переменным коэффициентом деления, выход которого соединен с первым входом второго делителя частоты с переменным коэффициентом деления, выход которого соединен с первым входом третьего делителя частоты с переменным коэффициентом деления, второй и третий входы которого и второй и третий входы второго делителя частот с переменными коэффициентами деления соединены соответственно с первым и вторым выходами третьего и второго постоянно-запоминающих устройств, выход третьего делителя частоты с переменным коэффициентом деления соединен с входом делителя частоты, второй вход первого элемента И-НЕ и вход инвертора являются информационным входом устройства, выход инвертора соединен с вторым входом второго элемента И-НЕ, первый, второй выходы дешифратора соединены с третьими входами первого и второго элементов И-НЕ.

На фиг. 1 изображено предлагаемое устройство, которое содержит генератор 1; делитель частоты 4; дешифратор 7; первый 8-1, второй 8-2, третий 8-3 делители частот с переменным коэффициентом деления; полосовой фильтр 9; первую 10-1, вторую 10-2 схемы И-НЕ; первое 11-1, второе 11-2, третье 11-3 постоянно запоминающее устройство; реверсивный счетчик 12, инвертор 10-3; первый 8-1 и второй 8-2 делители частот с переменным коэффициентом деления содержат каждый сумматор 13; первый 14 и второй 16 триггеры; счетчик 15; схему И-НЕ 17.

На фиг. 2 изображен третий 8-3 делитель частоты с переменным коэффициентом деления, содержащий счетчик 18; сумматор 19, первый 20, второй 21 триггеры.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

В данном устройстве протекает одновременно четыре процесса.

Первый процесс процесс формирования управляющих сигналов для плановой перестройки с одной частоты на другую. Он осуществляется с помощью первой 10-1, второй 10-2 схем И-НЕ, инвертора 10-3, реверсивного счетчика 12, дешифратора 7, трех 11-1, 11-2, 11-3 постоянных запоминающих устройств.

Второй и третий процессы идентичны друг другу. Они предполагают исключение одного тактового периода на заданном интервале. Эти процессы осуществляются в первом 8-1 и втором 8-2 делителях частот с переменным коэффициентом деления.

Наконец, четвертый процесс процесс деления входной частоты на переменный коэффициент деления. Он осуществляется с помощью 8-3 делителя частот с переменным коэффициентом деления.

Рассмотрим эти процессы более подробно.

Процесс формирования управляющих сигналов.

Сразу после включения устройства на информационный вход поступает информационный сигнал а_i ∈0,1} Сигнал а_i в инверторе 10-3 инвертируется. Сигналы со входа и выхода инвертора 10-3 соответственно подготавливают к работе первую 10-1 схему И-НЕ и закрывают схему 10-2 И-НЕ.

Тактовые импульсы со второго выхода генератора 1 одновременно поступают на первую 10-1 и вторую 10-2 схемы И-НЕ. При этом в любой момент времени открыта может быть только одна из них, либо могут быть закрыты обе схемы.

Как было показано выше, режимом открывания либо запирания первой 10-1 и второй 10-2 схем И-НЕ осуществляют информационный сигнал a_i. Помимо этого, аналогичную операцию осуществляет дешифратор 7. Если реверсивный счетчик 12 достигнет максимально-возможного значения, то его состояние дешифруется дешифратором 7 и на его первом выходе формируется логический 0. Если же реверсивный счетчик достигнет минимально-возможного состояния, то на втором выходе дешифратора 7 формируется логический 0. Во всех остальных случаях на первом и втором выходах дешифратора 7 логическая 1.

Покажем, что будет при поступлении информационного сигнала на i-ом тактовом интервале при a_i=1. Пусть в этот момент времени состояние реверсивного счетчика 7 минимально-возможное. Тогда вторая схема 10-2 И-НЕ закрыта сразу по двум входам: с выхода инвертора 10-3, и со второго выхода дешифратора 7. Первая 10-1 схема И-НЕ, в свою очередь, открыта информационным сигналом a_i и сигналом с выхода дешифратора 7. Тактовые импульсы со второго выхода генератора начинают проходить через первую 10-1 схему И-НЕ и поступают на вход (+) реверсивного счетчика 12. Реверсивный счетчик 12 начинает увеличивать свое состояние от минимально-возможного до максимально-возможного. Как только реверсивный счетчик 12 достигнет максимально-возможного состояния, то его состояние дешифрируется дешифратором 7 и на его первом выходе появляется логический ⊘ который принудительно закрывает первую 10-1 схему И-НЕ. Таким образом, спустя определенный промежуток времени, который называется временем перестройки модулятора и первая 10-1, и вторая схемы 10-2 И-НЕ оказываются закрытыми. По-иному будет обстоять дело при поступлении на (i+1) тактовом интервале логического 0 (а_i+1=0). Тактовые импульсы с выхода генератора 1 начинают проходить через вторую 10-2 схему И-НЕ на (-) вход реверсивного счетчика 12. Последний начинает уменьшать свое состояние. При достижении реверсивным счетчиком 12 минимально возможного состояния на втором выходе дешифратора 7 появится логический ⊘ который закрывает вторую схему 10-2 схему И-НЕ. Аналогично будут протекать процессы и при других информационных сигналах а_i. Код состояния реверсивного счетчика 12 подается одновременно на адресные входы первого 11-1, второго 11-2 и третьего 11-3 постоянных запоминающих устройств и выдает код для управления трех делителей 8-1, 8-2, 8-3.

Покажем, как работает первый 8-1 делитель частот с переменным коэффициентом деления. Выходная частота на выходе ДПКД1 (блок 8-1) определяется выражением
f=f=f (1) Здесь f_зг частота задающего генератора;
N определяет интервал входной последовательности, на длительности которого исключается один период;
К-код, формируемый первым 11-1 постоянным запоминающим устройством.

Пусть для приема требуется исключить один период входной последовательности из десяти. Тогда N 10₁₀, а К=8₁₀; здесь и далее подстрочный индекс означает систему счисления.

В первом 11-1 ПЗУ для управления первым 8-1 делителем частот с переменным коэффициентом деления величина "К" выдается в обратном коде. Так как в прямом коде К 0100₂, то в обратном коде К 1011₂. Данный код подается на вход "В" сумматора 13. На вход "А" этого же сумматора 13 подается сигнал с выхода счетчика 15. Пусть счетчик 15 находится в исходном нулевом состоянии. Первый 14 триггер находится также в исходном состоянии, т.е. на выходе логический 0, а на выходе логическая 1. Покажем как работает ДПКД1 (8-1) в случае, если второй 16 триггер находится принудительно в единичном состоянии, и когда принудительной установки нет. Принудительная установка осуществляется со второго выхода первого 11-1 ПЗУ подачей на установочный "S" вход второго 16 триггера единичного установочного потенциала. В этом случае на выходе второго 16 триггера постоянно будет логическая 1. Тактовые импульсы с выхода задающего генератора 1 поступают на вход счетчика 15 и изменяют его состояние. Как только состояние счетчика 15 достигнет величины К 0100₂, то на выходе переноса Р4 сумматора 13 появляется логическая 1.

Сигнал переноса Р4 записывается в первый 14 триггер той же тактовой частотой f_зг, что поступает и на вход счетчика 15. Причем, обязательным условием правильной работы делителей частот с переменным коэффициентом деления является то, что и счетчик 15, и первый 14 триггер должны работать по заднему фронту импульсной последовательности. Итак, счетчик 15 достигнет состояния 0100₂, когда на его тактовый вход поступит 8 тактовых импульсов. При поступлении 9 тактового импульса сигнал переноса Р4 записывается в первый 14 триггер. Так как сигнал Р4 поступает на информационный Д вход первого триггера 14, то, следовательно, на выходе формируется импульс логической 1. Сигнал с выхода первого 14 триггера принудительно обнуляет счетчик 15.

Кроме того, сигнал с Q выхода 14 триггера, который соответственно равен логическому 0, поступает на схему 17 И-НЕ, запрещая одному периоду прохождение тактовой частоты f_зг на выход ДПКД1 (блок 8-1). При обнулении счетчика 15, его состояние становится равным 0000₂. Следовательно, на выходе переноса сумматора 13 сигнал логической 1 исчезает.Но данный сигнал будет записан в первый 14 триггер только 10 тактовым импульсом частоты f_зг. После прихода 10 тактового импульса в первый 14 триггер записывается логический ⊘ и разблокируется работа счетчика 15. Таким образом, на 9 и 10 тактовые интервалы счетчик 15 не реагирует, так как находится в нуле. Начиная с 11 тактового интервала схема начинает свою работу вновь. Таким образом, на временном интервале, который задает код, подаваемый с первого 11-1 ПЗУ, делитель с переменным коэффициентом деления запрещает прохождение одному периоду входной частоты, и, следовательно, выходная частота определяется выражением (1).

В нашем конкретном случае на 10 тактовых интервалах входной частоты f_зг запрещено прохождение одного периода. Помимо этого режима, первый 8-1 делитель частоты с переменным коэффициентом деления позволяет осуществить деление на половинный коэффициент деления, к примеру 10,5₁₀. В этом режиме со второго выхода первого 11-1 ПЗУ не поступает обнуляющий потенциал на "S" вход второго 16 триггера. Второй 16 триггер начинает работать в счетном режиме. Для этого на тактовый вход второго 16 триггера поступает сигнал с Q выхода первого 14 триггера. Таким образом, на Ро сумматора 13 поступает сигнал либо логического 0, либо логической 1. Если в j-том цикле работы на Ро идет логический 0 с выхода второго 16 триггера, то в (j+1) цикле работы на Ро поступает логическая 1. В (j+2) цикле вновь на Ро идет логический 0. Режим с дробным коэффициентом деления аналогичен предыдущему режиму, описанному выше. Разница лишь в том, что для рассмотренного случая, когда с Q выхода второго 16 триггера идет логическая 1 на Ро сумматора 13, то ДПКД 1 (8-1) исключает один тактовый интервал на длительности 10 периодов входной частоты. В случае, если на Ро поступает логический 0, то один тактовый интервал исключается на 11 тактовых периодах. В среднем получается, что исключается один период на 10,5 тактовых интервалах.

Второй 8-2 делитель частоты с переменным коэффициентом деления работает аналогично первому 8-1 делителю частоты с переменным коэффициентом деления. Интервал, на длительности которого исключается один период входной частоты второго 8-2 ДПКД задается во втором 11-2 постоянном запоминающем устройстве величиной К2; тогда на выходе второго 8-2 ДПКД частота определяется как
f=f (2)
Второй делитель частоты 8-2 с переменным коэффициентом деления может работать в тех же режимах, что и первый 8-1, а именно: исключается один период их целого значения N₂ и из половинного значения N₂(N₂=K₂+2). Процесс исключения одного периода при N₂ равных половинному значению задается сигналом второго выхода второго 11-2 ПЗУ на аналогичный второй 16 триггер второго 8-2 делителя.

Процесс деления на дробный коэффициент аналогичен.

Сигнал с выхода второго 8-2 ДПКД поступает на вход третьего 8-3 ДПКД. Отличие третьего 8-3 ДПКД от рассмотренных ранее 8-1 и 8-2 заключается лишь в том, что в отсутствии схемы И-НЕ выходной сигнал третьего ДПКД снимается с выхода триггера.

Выходная частота третьего 8-3 делителя частоты с переменным коэффициентом деления определяется выражением
f= f (3) Здесь К₃ коэффициент деления третьего 8-3 делителя.

Для уменьшения краевых искажений модуляции частотно-манипулированных сигналов в первом 8-1, втором 8-2 и третьем 8-3 делителях частот с переменным коэффициентом деления осуществляется в высокочастотной области, как минимум в 64 раза выше характеристической частоты передачи логического 0 или 1. Для того, чтобы согласовать работу перечисленных выше делителей с параметрами канала связи служит делитель частоты 4. Таким образом, на выходе делителя частоты 4 получена частота, величина которой определяется из выражения
f_хар=f (4)
Здесь К₁ и К₂ интервалы, на которых исключается один период частоты;
К₃ коэффициент деления третьего 8-3 ДПКД;
К₄ коэффициент деления делителя частоты (К₄ ≥ 64).

Как видно из описания, для правильной работы формирователя ЧМ сигнала, необходимо знать значения коэффициентов К₁, К₂, К₃, К₄. В табл. 1 приведены значения этих коэффициентов для скорости передачи В 1200 бит/с согласно ГОСТ 20855-83 и рекомендации МККТТ V21. Как видно из описания принципа работы формирователя ЧМ сигнала, производится плавный переход с одной частоты на другую без разрыва фазы. Это, в конечном счете, сужает спектр передаваемого ЧМ сигнала и повышает достоверность сигнала на приемной стороне.

Величины К_i должны храниться в первом 11-1, втором 11-2 и третьем 11-3 постоянных запоминающих устройствах. Их значения должны храниться в инверсном коде к примеру для выходной частоты 1454,5 Гц требуется согласно табл. 1 взять К13,5₁₀; К₂ 4₁₀; К 2,5₁₀. Целые части этих коэффициентов в двоичной системе счисления будут соответственно равны К₁ 0011₂; К₂ 0100₂; К₃ 0010₂. В первом 11-1 постоянном запоминающем устройстве запишется цифровая комбинация, равная 01100₂. Четыре младших разряда являются инверсным кодом величины К₁. Старший разряд (логический 0) указывает на то, что К₁ величина кратная 0,5. Аналогично во втором 11-2 ПЗУ запишется комбинация 01001₂. В качестве примера в табл. 2 приведены значения кодов, которые записаны в постоянных запоминающих устройствах.

Выходной сигнал делителя частоты 4 далее поступает через полосовой фильтр 9 в канал связи. Фильтр 9 фильтрует цифровой сигнал (меандр) и преобразует его в гармонический ЧМ сигнал.

Достоверность положительного эффекта доказывается вышеизложенным текстом, и результатами эксперимента.

Использование: в электросвязи при передаче частотно-манипулированных сигналов. Сущность изобретения: устройство содержит генератор 1, делитель частоты 4, дешифратор 7, делители частот 8.1, 8.2, 8.3 с переменным коэффициентом деления, полосовой фильтр 9, элементы И-НЕ 10.1, 10.2, 17, постоянные запоминающие устройства 11.1, 11.2, 11.3, реверсивный счетчик 12, сумматор 13, триггеры 14, 16, счетчик 15, инвертор 10.3. Цель изобретения увеличение помехоустойчивости принимаемых сигналов. 2 з.п. ф-лы, 2 ил. 2 табл.

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ФОРМОВАНИЯ ЧАСТОТНО-МОДУЛИРОВАННОГО СИГНАЛА, содержащее генератор, первый выход которого соединен с первым входом первого делителя частоты с переменным коэффициентом деления, дешифратор, делитель частоты, выход которого соединен с входом полосового фильтра, выход которого является выходом устройства, отличающееся тем, что введены второй и третий делители частоты с переменным коэффициентом деления, первый, второй и третий постоянные запоминающие устройства (ПЗУ), реверсивный счетчик, первый и второй элементы И НЕ и инвертор, причем второй выход генератора соединен с первыми входами элементов И НЕ, выходы которых соединены с входами реверсивного счетчика, выход которого соединен с входами дешифратора и всех ПЗУ, первый и второй выходы первого ПЗУ соединены с вторым и третьим входами первого делителя частоты с переменным коэффициентом деления, выход которого соединен с первым входом второго делителя частот с переменным коэффициентом деления, выход которого соединен с первым входом третьего делителя частоты с переменным коэффициентом деления, второй и третий входы которого и второй и третий входы второго делителя частот с переменным коэффициентом деления соединены соответственно с первым и вторым выходами третьего и второго ПЗУ, выход третьего делителя частот с переменным коэффициентом деления соединен с входом делителя частот, второй вход первого элемента И НЕ и вход инвертора являются информационным входом устройства, выход инвертора соединен с вторым входом второго элемента И НЕ, первый и второй выходы дешифратора соединены с третьими входами первого и второго элементов И НЕ. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что первый и второй делители частоты с переменным коэффициентом деления содержит последовательно соединенные счетчик, сумматор, первый и второй триггеры, а также элемент И - НЕ, первый вход которого соединен с выходом первого триггера и входом обнуления счетчика, при этом вход счетчика соединен с вторыми входами элемента И НЕ и первого триггера, выход второго триггера соединен с входом переноса сумматора, при этом вход счетчика и второй вход сумматора являются соответственно первым и вторым входами делителя с переменным коэффициентом деления, третьим входом которого является второй вход второго триггера, а его выходом является выход элемента И НЕ. 3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что третий делитель частоты с переменным коэффициентом деления содержит последовательно соединенные счетчик, сумматор, первый и второй триггеры, выход последнего соединен с входом переноса сумматора, выход первого триггера соединен с обнуляющим входом счетчика, тактовый вход которого соединен с вторым входом первого триггера, причем вход счетчика и второй вход сумматора являются первым и вторым входами делителя с переменным коэффициентом деления, третьим входом и выходом которого являются соответственно второй вход второго триггера и выход первого триггера.