УНИВЕРСАЛЬНЫЙ ЦИФРОВОЙ ФОРМИРОВАТЕЛЬ СИГНАЛОВ С НЕПРЕРЫВНОЙ ФАЗОВОЙ МОДУЛЯЦИЕЙ Российский патент 2001 года по МПК H04L27/18 H03K7/04 

Изобретение относится к радиотехнике и может быть преимущественно использовано для формирования радиосигналов с непрерывной фазовой модуляцией в системах передачи дискретной информации.

Известны формирователи сигналов с непрерывной фазовой модуляцией CPM [1 - 5], позволяющие получить радиосигналы с различными видами непрерывной фазовой модуляции CPFCK, MSK, GMSK, TFM, GTFM.

В этих устройствах используют цифровые модуляторы, обеспечивающие формирование сигналов с непрерывной фазовой модуляцией CPM, очередной i-й по порядку символ которых


iT_c≤t≤(i+1)T_c; 0≤t^*≤T_c;
где α_i= ±1; ±3; ...±(M-1)- значения, которые может принимать i-й информационный символ α_i;
g(t) - символ модулирующего видеосигнала (частотный импульс) длительностью LT_c, L - целое;
T_c - длительность информационного символа α_i;
f_н - частота несущей;
h=p/q - индекс модуляции (p и q целые числа);
ϕ_O- начальная фаза сигнала (первого символа сигнала);
q(t) - закон изменения фазы (фазовый импульс) формируемого сигнала.

Длительность LT_c символа g(t) модулирующего видеосигнала и соответствующего фазового отклика q(t) называют длиной частичного отклика.

На практике наиболее часто выбирают индекс модуляции h = 1/2, при котором выполняются условия
q(t) = 0; q(LT_c)=1/2 (2)
Указанным условиям удовлетворяют все указанные выше сигналы с непрерывной фазовой модуляцией.

При цифровом формировании символа (1) сигнала с непрерывной фазовой модуляцией в известных устройствах вначале формируют совокупность N выборок фазы этого символа. При этом любая n-я выборка (n = 0,1,...N -1) фазы формируемого i-го символа (1) с учетом условий (2)

где n = 0,1,...N-1 - текущий номер выборки фазы;
T_B=T_c/N - период дискретизации.

Выборки фазы затем преобразуют в выборки значений формируемого символа, а затем с помощью цифроаналогового преобразования - в непрерывный во времени сигнал.

В результате многократных последовательных преобразований выборок сигналов в известных устройствах на границах тактовых интервалов возникают переходные процессы, что приводит к снижению точности формируемого радиосигнала.

Наиболее близким к предлагаемому по совокупности признаков является универсальный цифровой формирователь сигналов с непрерывной фазовой модуляцией [1], содержащий регистр сдвига, информационный вход которого является информационным входом устройства, а выход подключен к информационному входу дешифратора текущей фазы, тактовый вход которого соединен с выходом счетчика тактовых интервалов, а выход - со входом цифроаналогового генератора, выход которого является выходом устройства.

Недостатком известного устройства также является наличие переходных процессов на границах тактовых интервалов, задаваемых тактовыми импульсами, подаваемыми на вход счетчика тактовых интервалов.

Для устранения указанного недостатка необходимо жестко синхронизировать моменты изменения состояния цифроаналогового генератора с границами тактовых и символьных интервалов.

Достигается решение поставленной задачи тем, что в универсальный цифровой формирователь сигналов с непрерывной фазовой модуляцией, содержащий регистр сдвига, информационный вход которого является информационным входом устройства, а выход подключен к информационному входу дешифратора текущей фазы, тактовый вход которого соединен с выходом счетчика тактовых интервалов, а также цифроаналоговый генератор, выход которого является выходом устройства, введены ОЗУ текущей фазы, ОЗУ начальной фазы, дешифратор начальной фазы и синтезатор частот, первый символьный выход которого подключен к тактовому входу регистра сдвига, второй символьный выход - ко входу управления записью ОЗУ начальной фазы и установочному входу счетчика тактовых интервалов, тактовый вход которого соединен с первым тактовым выходом синтезатора частот, второй тактовый выход которого подключен к входу управления записью ОЗУ текущей фазы, выход которого соединен со входом цифроаналогового генератора, а вход - с выходом дешифратора текущей фазы, символьный вход которого соединен непосредственно с символьным входом дешифратора начальной фазы и через ОЗУ начальной фазы - с выходом дешифратора начальной фазы, информационный вход которого подключен к выходу регистра сдвига.

На фиг. 1 показана электрическая структурная схема предлагаемого универсального цифрового формирователя сигналов с непрерывной фазовой модуляцией, а на фиг. 2 - временные диаграммы, поясняющие его работу. На фиг. 3 показана электрическая структурная схема предлагаемого универсального цифрового формирователя сигналов с непрерывной фазовой модуляцией в частном случае выполнения устройства на элементах дискретной техники. На фиг. 4 показана электрическая структурная схема прототипа [1].

Универсальный цифровой формирователь сигналов с непрерывной фазовой модуляцией (см. фиг. 1) содержит регистр 1 сдвига, дешифратор 2 текущей фазы, ОЗУ 3 текущей фазы, цифроаналоговый генератор 4, дешифратор 5 начальной фазы, ОЗУ 6 начальной фазы, счетчик 7 тактовых интервалов и синтезатор 8 частот. Выход регистра 1 сдвига через дешифратор 2 текущей фазы и ОЗУ 3 текущей фазы соединен со входом цифроаналогового генератора 4. Выход ОЗУ 6 начальной фазы подключен к символьным входам дешифратора 2 текущей фазы и дешифратора 5 начальной фазы. Выход счетчика 7 тактовых интервалов соединен с тактовым входом дешифратора 2 текущей фазы. Выход регистра 1 сдвига также подключен к информационному входу и дешифратора 5 начальной фазы, выход которого соединен с входом ОЗУ 6 начальной фазы. Первый символьный выход синтезатора 8 частот подключен к тактовому входу регистра 1 сдвига, его второй символьный выход - к входу управления записью ОЗУ 6 начальной фазы и установочному входу счетчика 7 тактовых интервалов, тактовый вход которого соединен с первым тактовым выходом синтезатора 8 частот, второй тактовый выход которого подключен к входу управления записью ОЗУ 3 текущей фазы.

Работает универсальный цифровой формирователь сигналов с непрерывной фазовой модуляцией следующим образом.

В предлагаемом устройстве значение (3) n-й выборки (n=0,1,...N-1) фазы i-го символа (1) формируют с помощью дешифратора 2 текущей фазы на основе его представления в виде суммы начальной фазы и приращения фазы:

где ϕ(i)o

(α_o, ...α_i-1)- начальная фаза i-гo символа;
Δϕ⁽ⁱ⁾(nT_в,α_i-L+1, ...α_i)- текущее приращение фазы i-го символа для n-й выборки.

Начальная фаза текущего i-гo символа с учетом (2) и (3)

в предлагаемом устройстве определяется рекуррентно с помощью ОЗУ 6 начальной фазы и дешифратора 5 начальной фазы в виде суммы начальной фазы предыдущего (i-1)-го символа

и приращения фазы на длительности предыдущего (i-1)-го символа


по правилу

Поэтому для определения начальной фазы текущего i-гo символа при известной начальной фазе предыдущего (i-1)-го символа достаточно знать значения лишь L предпоследних информационных символов α_i-L, ...α_i-1.
Текущее приращение фазы i-го символа для n-й выборки

однозначно определяется в дешифраторе 2 текущей фазы по формируемому с помощью счетчика 7 тактовых интервалов номеру n текущей выборки и значениям L последних информационных символов α_i-L+1, ...α_i.
Управление работой предлагаемого устройства осуществляет синтезатор 8 частот, вырабатывающий следующие последовательности импульсов, взаимное расположение которых во времени показано на фиг. 2:
- последовательность тактовых импульсов с частотой следования f_T на первом тактовом выходе (фиг. 2,а);
- последовательность задержанных тактовых импульсов на втором тактовом выходе (фиг. 2,б);
- последовательность символьных импульсов с частотой следования f_c = f_t/N(N - целое), на первом символьном выходе (фиг. 2,в);
- последовательность задержанных символьных импульсов на втором символьном выходе (фиг. 2,г).

Символьные импульсы (см. фиг. 2,в) с первого символьного выхода синтезатора 8 частот поступают на тактовый вход регистра 1 сдвига и обеспечивают последовательный ввод в него информационных символов α_i с информационного входа устройства.

Регистр 1 сдвига имеет (L+1) разрядов. Записанные в регистр 1 сдвига предпоследние (в порядке поступления) L информационных символов (α_i-L, ...α_i-1), соответствующие его (L+1,...2) разрядам, поступают на информационный вход дешифратора 5 начальной фазы, а последние (в порядке поступление) L информационных символов (α_i-L+1, ...α_i), соответствующие его (L, ...1) разрядам, поступают на информационный вход дешифратора 2 текущей фазы.

В дешифраторе 5 начальной фазы записаны все возможные значения приращения фазы ΔФ^(i-1)(α_i-L, ...α_i-1) за время предыдущего символа формируемого сигнала, которые определяются совокупностью значений L предшествующих информационных символов (α_i-L, ...α_i-1). В зависимости от комбинации значений этих символов, поступающих с выхода регистра 1 сдвига на информационный вход дешифратора 5 начальной фазы, соответствующее значение приращения фазы ΔФ^(i-1)(α_i-L, ...α_i-1) с выхода последнего подают на вход ОЗУ 6 начальной фазы.

В начале работы в ОЗУ 6 начальной фазы вводят значение ϕ_o 0 начальной фазы формируемого сигнала. Для этого ОЗУ 6 начальной фазы может иметь соответствующие информационный и управляющий входы.

В ходе работы после записи в регистр 1 сдвига значения α_i очередного информационного символа в ОЗУ 6 начальной фазы происходит обновление значения начальной фазы ϕ(i)o

(α_o, ...α_i-1) текущего i-го символа формируемого сигнала по рекуррентному правилу (8):

Указанным процессом управляют задержанные символьные импульсы, поступающие на вход управления записью ОЗУ 6 начальной фазы со второго символьного выхода синтезатора 8 частот.

После этого на любом символьном интервале длительностью T_C = 1/f_C на символьный вход дешифратора 2 текущей фазы с выхода ОЗУ 6 начальной фазы поступает значение Ф(i)o

(α_o, ...α_i-1) начальной фазы текущего i-го символа формируемого сигнала.

При этом на тактовый вход дешифратора 2 текущей фазы с выхода счетчика 7 тактовых интервалов поступает двоичный сигнал, определяющий номер n текущей выборки в пределах длительности T_C символа. Указанный номер n может принимать значения от 0 до N-1 и изменяется при поступлении на тактовый вход счетчика 7 тактовых интервалов тактовых импульсов с первого тактового выхода синтезатора 8 частот. При этом задержанные символьные импульсы со второго символьного выхода синтезатора 8 частот, поступающие на установочный вход счетчика 7 тактовых интервалов, подтверждают его нулевое состояние на границах символов формируемого сигнала.

С помощью дешифратора 2 текущей фазы определяют значения фазы Ф⁽ⁱ⁾(nT_в, α_o, ...α_i) формируемого сигнала для N моментов времени, следующих друг за другом через тактовый интервал времени T_T = 1/f_T, в пределах длительности T_C информационного символа. При этом значение (3) любой n-й выборки (n= 0,1, . ..N-1) фазы i-го символа (1) однозначно задается совокупностью значений L последних информационных символов (α_i-L+1, ...α_i), значением Ф(i)o

(α_o, ...α_i-1) начальной фазы и номером n данного отсчета.

Запись значения Ф⁽ⁱ⁾(nT_в, α_o, ...α_i) текущей фазы в ОЗУ 3 текущей фазы осуществляют с помощью задержанных тактовых импульсов, поступающих на его вход управления записью со второго тактового выхода синтезатора 8 частот.

Затем совокупность N выборок (n = 0,1,...N-1) фазы Ф⁽ⁱ⁾(nT_в, α_o, ...α_i) i-го символа с помощью цифроаналогового генератора 4 преобразуют в непрерывный во времени символ S⁽ⁱ⁾(t, α_o, ...α_i) формируемого сигнала (1) с непрерывной фазовой модуляцией.

Универсальный цифровой формирователь сигналов с непрерывной фазовой модуляцией может быть реализован на известных функциональных элементах.

Дешифратор 2 текущей фазы и дешифратор 5 начальной фазы могут быть выполнены в виде ПЗУ, совокупность значений всех входных сигналов которых является адресом соответствующей ячейки, из которой значение текущей или начальной фазы поступает на выходы этих ПЗУ.

Возможный пример выполнения цифроаналогового генератора 4 показан на фиг. 4, где приведена электрическая структурная схема прототипа [1]. Цифроаналоговый генератор 4 содержит (см. фиг. 4) накопитель 6, ПЗУ 7 выборок (отсчетов) гармонического сигнала, цифроаналоговый преобразователь 8 и фильтр 9 нижних частот. Рекомендации по выбору параметров и режимов работы цифроаналогового генератора 4 приведены в [6].

В частном случае выполнения универсального цифрового формирователя сигналов с непрерывной фазовой модуляцией на элементах дискретной техники, как показано на фиг. 3, дешифратор 2 текущей фазы содержит последовательно включенные ПЗУ 9 текущей фазы и сумматор 10, дополнительный вход и выход которого являются соответственно символьным входом и выходом дешифратора начальной фазы, информационным и тактовым входами которого являются соответственно первый и второй входы ПЗУ текущей фазы.

Дешифратор 5 начальной фазы содержит последовательно включенные ПЗУ 11 начальной фазы и сумматор 12, дополнительный вход и выход которого являются соответственно символьным входом и выходом дешифратора начальной фазы, информационным входом которого является вход ПЗУ начальной фазы.

Устройство позволяет формировать радиосигнал с непрерывной фазовой модуляцией при жесткой синхронизации во времени последовательных преобразований выборок формируемых сигналов и изменений состояния цифроаналогового генератора с границами тактовых и символьных интервалов, что позволяет повысить точность формируемого радиосигнала и предотвратить потерю информации при передаче данных.

Источники информации:
1. A.Kopta, S.Budisin, V.Jovanovic. New Universal All-Digital CPM Modulator. IEEE Trans. on comm., vol. com-35, N 4, April 1987, pp. 458 -462.

2. T.Aulin, N.Rydbech, C.E.Sundberg. Transmitter and receiver structures for M-ary partial response FM. IEEE Trans. on comm., vol. com-26, N 5, May 1978, pp. 534-538.

3. S.Ray. Generation of serial CPMFSK signal. Proc. IEEE, vol. 72, N 1, Jan. 1984, pp. 128-129.

4. C. B.Decker. On the application of tamed frequency modulation to various field of digital transmission. Proc. 1980 Int. Zurich Seminar on Digital Commun., Zurich, Mar. 1980, pp. A1.1-A1.10.

5. H.Suzuki, Y.Yamas, K.Momma. Single chip baseband waveform generation CMOS-LSI for quadrature-type CPM modulator. Electron. Lett., vol. 20, N 21, Oct. 1984, pp. 875 - 876.

6. J. Tierney, C. Rader, В.Gold. A digital frequency synthesizer, IEEE Trans. on Audio Electroaconst., vol. AU-19, N 3, Mar. 1971, pp. 48-56.

Использование: в радиотехнике, в системах передачи дискретной информации для формирования радиосигналов с непрерывной фазовой модуляцией. Устройство содержит регистр сдвига (1), дешифратор (2) текущей фазы, выполненный на ПЗУ (9) текущей фазы и сумматоре (С) (10), ОЗУ (3) текущей фазы, цифроаналоговый генератор (4), дешифратор (5) начальной фазы, выполненный на ПЗУ (11) начальной фазы и С (12), ОЗУ (6) начальной фазы, счетчик (7) тактовых интервалов и синтезатор (8) частот. Технический результат: повышение точности формируемого радиосигнала с непрерывной фазовой модуляцией за счет синхронизации во времени последовательных преобразований выборок формируемого сигнала с границами тактовых и символьных интервалов. 2 з.п.ф-лы, 4 ил.

1. Универсальный цифровой формирователь сигналов с непрерывной фазовой модуляцией, содержащий регистр сдвига, информационный вход которого является информационным входом устройства, а выход подключен к информационному входу дешифратора текущей фазы, тактовый вход которого соединен с выходом счетчика тактовых интервалов, а также цифроаналоговый генератор, выход которого является выходом устройства, отличающийся тем, что введены ОЗУ текущей фазы, ОЗУ начальной фазы, дешифратор начальной фазы и синтезатор частот, первый символьный выход которого подключен к тактовому входу регистра сдвига, второй символьный выход - ко входу управления записью ОЗУ начальной фазы и установочному входу счетчика тактовых интервалов, тактовый вход которого соединен с первым тактовым выходом синтезатора частот, второй тактовый выход которого подключен к входу управления записью ОЗУ текущей фазы, выход которого соединен со входом цифроаналогового генератора, а вход - с выходом дешифратора текущей фазы, символьный вход которого соединен непосредственно с символьным входом дешифратора начальной фазы и через ОЗУ начальной фазы - с выходом дешифратора начальной фазы, информационный вход которого подключен к выходу регистра сдвига. 2. Универсальный цифровой формирователь по п.1, отличающийся тем, что дешифратор текущей фазы содержит последовательно включенные ПЗУ текущей фазы и сумматор, дополнительный вход и выход которого являются соответственно символьным входом и выходом дешифратора начальной фазы, информационным и тактовым входами которого являются соответственно первый и второй входы ПЗУ текущей фазы. 3. Универсальный цифровой формирователь по п.1, отличающийся тем, что дешифратор начальной фазы содержит последовательно включенные ПЗУ начальной фазы и сумматор, дополнительный вход и выход которого являются соответственно символьным входом и выходом дешифратора начальной фазы, информационным входом которого является вход ПЗУ начальной фазы.