СЛЕДЯЩИЙ ПРИЕМНИК ШИРОКОПОЛОСНОГО СИГНАЛА Российский патент 1998 года по МПК H04B1/10 

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано в системах связи с широкополосными сигналами ФМ модуляции.

Известен приемник слежения за широкополосными сигналами (Тузов Г.И. Статистическая теория приема сложных сигналов. -М.: Сов. радио, 1977, с.229, рис. 4.23а), обеспечивающий фильтрацию сложного сигнала и задержку модулирующей функции.

Известный приемник дает высокую точность оценки задержки, но чем больше начальная расстройка, тем больше должно быть время вхождения системы ФАП в синхронизм по сравнению со случаем малых расстроек по фазе. Кроме того, в приемнике одновременно с кольцом ФАП работает временная подстройка, которая при сдвиге фазы около ±π/2 дает вероятность ошибки около 0,5, а при фазе более π/2 выход временного дискриминатора меняет знак и вместо временной подстройки происходит временная расстройка, что, в частности, снижает отношение сигнал/шум на выходе фазового детектора, т.е. увеличивает еще время синхронизации или может привести к потери сигнала.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является приемник (Тузов Г. И. Статистическая теория приема сложных сигналов. -М.: Сов. радио, 1977, с. 187, рис. 4.6), схема которого представлена на фиг.1, где обозначено: 1, 2, 7 - перемножители, 3 - ФНЧ, 4 - управляющий элемент, 5 - генератор, управляемый напряжением (ГУН), 6 - фазовращатель на π/2., 8, 9 - перемножители, 10 - сумматор, 11 - ФНЧ, 12 - управляющий элемент, 13 - управляемый тактовый генератор, 14 - регистр сдвига генератора кода, 15 - дискриминатор.

Устройство содержит параллельно соединенные перемножители 1, 7, причем выход первого перемножителя 1 присоединен к замкнутому кольцу ФАПЧ, который включает в себя перемножитель 2, ФНЧ 3, управляющий элемент 4, генератор, управляемый напряжением 5, фазовращатель на π/2 - 6. Выход второго перемножителя 7 присоединен к дискриминатору 15. Дискриминатор 15 содержит параллельно соединенные перемножители 8 и 9, сумматор 10, выход которого через ФНЧ и управляющий элемент 12 присоединен к управляемому тактовому генератору 13, выход которого через регистр сдвига генератора кода 14 соединен со вторыми входами перемножителей 1, 8 и 9. Выход управляемого генератора напряжения 5 соединен со вторым входом перемножителя 7.

Однако такое устройство имеет большое время вхождения в синхронизм т.к. не имеет информации о значении начальной фазы гармонического колебания, а имеется информация только о синусоидальной составляющей, что позволяет устройству-прототипу работать в режиме синхронизации при малых ϕ, т.е. когда sinϕ ≈ ϕ, при начальных условиях , устройство-прототип работает медленно в кольце ФАПЧ. Кроме того, при отклонении начальной фазы на величину большую π/2 (а это 50% случаев) напряжение на выходе временного дискриминатора меняет знак на противоположный и вместо подстройки происходит расстройка по времени, что не только ухудшает прием сигнала, но и затрудняет работу кольца ФАПЧ.

Сигнал в косинусном канале пропорционален cosϕ и, следовательно, при ϕ ≈ π/2 мал, и подстройка по времени осуществляется с большим количеством ошибок. Таким образом, временная подстройка до вхождения в синхронизм кольца ФАПЧ, а подстройка происходит очень медленно, что является большим недостатком прототипа.

Таким образом, отсутствие информации о начальной фазе гармонического колебания затрудняет вхождение в синхронизм как по фазе гармонического колебания, так и по времени сдвига ПСП. Причем каждая из подстроек мешает другой.

Для устранения этого недостатка в приемник, содержащий первый и третий перемножители, входы которых объединены и соединены со входом устройства, второй перемножитель, один вход которого соединен с выходом первого перемножителя, а второй - с выходом фазовращателя, последовательно соединенные первый ФНЧ, первый управляющий элемент, генератор, управляемый напряжением, а также последовательно соединенные дискриминатор, второй управляющий элемент, управляемый тактовый генератор, регистр сдвига, один из выходов которого соединен со вторым входом первого перемножителя, а два выхода со входами дискриминатора, введены последовательно соединенные четвертый перемножитель, одним входом соединенный с выходом третьего перемножителя, а вторым входом с регистром сдвига, второй ФНЧ, блок принятия решений, первый ключ, делитель частоты в заданное число раз, второй вход которого соединен с выходом генератора, управляемого напряжением, а выход соединен со входом второго перемножителя и со входом фазовращателя, а также второй ключ, присоединенный между вторым перемножителем и первым ФНЧ, третий ключ, присоединенный между выходом третьего перемножителя и входом дискриминатора, третий ФНЧ, присоединенный между выходом второго перемножителя и входом блока принятия решений, а также таймер, выход которого соединен со вторыми входами первого, второго и третьего ключей.

На фиг. 2 представлена структурная схема предлагаемого приемника, где обозначено: 1 - первый перемножитель, 2 - второй перемножитель, 3 - первый ФНЧ, 4 - первый управляющий элемент, 5 - генератор, управляемый напряжением (ГУН), 6 - фазовращатель, 7 - третий перемножитель, 8 - временной дискриминатор, 9 - второй управляющий элемент, 10 - управляемый тактовый генератор, 11 - регистр сдвига генератора кода, 12 - четвертый перемножитель, 13 - второй ФНЧ, 14 - блок принятия решений, 15 - первый ключ, 16 - делитель частоты в заданное число раз, 17 - третий ФНЧ, 18 - второй ключ, 19 - третий ключ, 20 - таймер.

Приемник содержит последовательно соединенные первый перемножитель 1, вход которого соединен со входом приемника, второй перемножитель 2, второй ключ 18, первый ФНЧ 3, первый управляющий элемент 4, генератор, управляемый напряжением 5, делитель частоты 16, фазовращатель 6, выход которого соединен со вторым входом второго перемножителя 2.

Выход делителя частоты 16 соединен также с последовательно соединенными третьим перемножителем 7, второй вход которого соединен со входом приемника, четвертым перемножителем 12, вторым ФНЧ 13, блоком принятия решений 14, ключем 15, выход которого соединен со вторым входом делителя частоты 16.

Между выходом второго перемножителя 2 и входом блока принятия решений 14 присоединен третий ФНЧ 17.

Выход третьего перемножителя 7 через последовательно соединенные третий ключ 19, дискриминатор 8, второй управляющий элемент 9 соединен со входом управляемого тактового генератора 10, выход которого соединен со входом регистра сдвига 11. Один выход регистра сдвига 11 соединен со входами первого 1 и четвертого 12 перемножителей, а два других - со входами дискриминатора 8. Вторые входы ключей 18, 15, 19 соединены с выходом таймера 20.

Работает устройство следующим образом.

По окончании режима поиска включается таймер 20, по импульсу которого ключ 18 отключает на время, заранее установленное в таймере 20, кольца ФАПЧ, состоящее из перемножителя 2, ФНЧ 3, управляющего элемента 4, генератора, управляемого напряжением 5, фазовращателя 6 и делителя частоты 16. По этому же импульсу ключ 19 отключает временной дискриминатор 8, управляющий элемент 9, управляемый тактовый генератор 10 и регистр сдвига.

В то же время по этому импульсу ключ 15 включает цепь, состоящую из делителя частоты 16 и фазовращателя 6, перемножителя 2, ФНЧ 17 и блока принятия решений 14.

Входной сигнал поступает на перемножители 1 и 7, причем на второй вход перемножителя 1 поступает копия сигнала от N - 1 канала регистра сдвига 11, а с выхода перемножителя 1 сигнал подается на перемножитель 2, на второй вход которого подается синусоидальное колебание с генератора 5 через делитель частоты 16 и фазовращатель 6. Полученный в перемножителе 2 сигнал разностной частоты поступает на ФНЧ 17, где выделяется проекция сигнала на синусоидальную составляющую генератора 5, которая затем подается на первый вход блока принятия решений 14.

Одновременно входной сигнал поступает на перемножитель 7, на второй вход которого от генератора 5 через делитель 16 подается косинусоидальное колебание, а затем на перемножитель 12, на другой вход которого от N - 1 канала регистра сдвига 11 подается копия сигнала. Причем делитель 16 работает в течение времени, которое необходимо для изменения фазы на измеренную величину. С выхода перемножителя 12 сигнал разностной частоты подается на ФНЧ 13. Таким образом, на входы блока принятия решений 14 одновременно подаются синусная и косинусная проекции сигнала, по их значениям вычисляется фаза и происходит измерение угла поворота фазы.

По команде от блока принятия решений 14 через ключ 15 на делителе 16 устанавливается угол поворота фазы, противоположный по знаку измеренному.

Следует отметить, что точность компенсации постоянной сдвига фазы выше 30^o слабо влияет на работу ФАПЧ и подстройку по времени. Поэтому операция определения угла поворота может быть проведена с небольшой точностью до 30^o, что может сократить время, затраченное на измерение ϕ, а также позволяет кольцу ФАПЧ работать только в области небольших отстроек (ошибок) по ϕ, что значительно снижает время вхождения в синхронизм системы ФАПЧ. Работа при малых углах ϕ позволяет подстраивать фазу несущего колебания и временной сдвиг ПСП одновременно, дополнительно улучшает соотношение сигнал/шум в кольце ФАПЧ и в кольце временного дискриминатора.

После компенсации работа кольца ФАПЧ происходит обычным образом, т.е. уже не требуется косинусной и синусной составляющих, т.к. ФАПЧ удерживает ϕ ≃ 0 .

После компенсации по команде от таймера 20 включаются ключи 18 и 19, а ключ 15 отключается. Далее работа предлагаемого устройства происходит так же, как и в прототипе.

Следует отметить, что временной дискриминатор 8 с теми же параметрами может быть выполнен и по другим схемам. Например, интегрирование может быть приведено в каждом канале, а затем вычитание результатов.

Может быть изменен порядок перемножения: сначала может быть осуществлено перемножение на копии сигналов, а затем на несущую частоту (гармонический сигнал), можно также формировать копии сигнала на гармонической частоте, а затем перемножать смесь сигнала и шума на эти копии, интегрировать и вычитать результаты интегрирования.

Затем напряжение с дискриминатора 8 воздействует на управляющий элемент 9 (это может быть, например, варикап), поступает на управляемый тактовый генератор 10, который вырабатывает команду на сдвиг копии.

Таким образом, в предлагаемом устройстве при больших отстройках по фазе (более ±π/4 ) на первом этапе происходит компенсация фазы и последующая работа кольца фазовой и временной подстроек происходит в области малых отстроек по фазе. Кроме того, в кольце подстройки по времени исключена замена знака на выходе временного дискриминатора на противоположный. Оба этих факта позволяют уменьшить время, необходимое на срабатывание кольца ФАПЧ, при том же соотношении сигнал/шум на входе до 2 - 2,5 раз или при том же времени, выделяемом на срабатывание кольца ФАПЧ, увеличить соотношение шум/сигнал на 3 - 4 дБ.

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано в радиотехнических системах связи с широкополосными сигналами. Для сокращения времени вхождения в синхронизм, для одновременной подстройки фазы несущего колебания и временного сдвига ПСП в предлагаемом приемнике имеются два одновременно работающих кольца: кольцо фазовой подстройки и кольцо временной подстройки, причем управление временной подстройкой осуществляется как непосредственно временным дискриминатором, так и от кольца фазовой автоподстройки путем применения в качестве тактовой частоты деленной в заданное число раз частоты управляемого генератора кольца фазовой автоподстройки. Приемник содержит последовательно соединенные перемножитель 1, вход которого соединен со входом приемника, перемножитель 2, ключ 18, ФНЧ 3, управляющий элемент 4, генератор, управляемый напряжением 5, делитель частоты 16, фазовращатель 6, выход которого соединен со вторым входом второго перемножителя 2. Выход делителя частоты 16 соединен также с последовательно соединенными третьим перемножителем 7, второй вход которого соединен со входом приемника, четвертым перемножителем 12, вторым ФНЧ 13, блоком принятия решений 14, ключом 15, выход которого соединен со вторым входом делителя частоты 16. Между выходом второго перемножителя 2 и входом блока принятия решений 14 присоединен третий ФНЧ 17. Выход третьего перемножителя 7, через последовательно соединенные третий ключ 19, дискриминатор 8, второй управляющий элемент 9 соединен со входом управляемого тактового генератора 10, выход которого соединен со входом регистра сдвига 11. Один выход регистра сдвига 11 соединен со входами первого 1 и четвертого 12 перемножителей, а два других - со входами дискриминатора 8. Вторые входы ключей 18, 15, 19 соединены с выходом таймера 20. 2 ил.

Следящий приемник широкополосного сигнала, содержащий последовательно соединенные первый и второй перемножители, последовательно соединенные первый фильтр нижних частот, первый управляющий элемент и генератор, управляемый напряжением, последовательно соединенные временной дискриминатор, второй управляющий элемент, управляемый тактовый генератор и регистр сдвига генератора кода, один из выходов которого соединен с вторым входом первого перемножителя, два других выхода - с соответствующими входами временного дискриминатора, а также содержит третий перемножитель, первый вход которого соединен с первым входом первого перемножителя и является входом приемника, отличающийся тем, что в него введены последовательно соединенные четвертый перемножитель, второй фильтр нижних частот, блок принятия решений, осуществляющий вычисление фазы и измерение угла поворотом фазы по синусной и косинусной проекциям сигнала, первый ключ и делитель частоты в заданное число раз, выход которого соединен с входом фазовращателя и вторым входом третьего перемножителя, а также второй ключ, включенный между выходом второго перемножителя и входом первого фильтра нижних частот, третий ключ, включенный между выходом третьего перемножителя и третьим входом временного дискриминатора, третий фильтр нижних частот, включенный между выходом второго перемножителя и другим входом блока принятия решений, осуществляющего вычисление фазы и измерение угла поворотом фазы по синусной и косинусной проекциям сигнала, а также таймер, выход которого соединен с вторыми входами первого - третьего ключей, выход третьего перемножителя соединен с первым входом четвертого перемножителя, второй вход которого объединен с вторым входом первого перемножителя, а выход генератора управляемого напряжением соединен с вторым входом делителя частоты на заданное число раз.