УСТРОЙСТВО ДЛЯ ФОРМИРОВАНИЯ ЧАСТОТНО-МАНИПУЛИРОВАННЫХ СИГНАЛОВ Российский патент 2004 года по МПК H04L27/12 

Изобретение относится к электросвязи, а именно к цифровой радиосвязи, и может быть использовано в системах передачи сигналов с минимальной частотной манипуляцией без разрыва фазы.

Известно устройство для формирования частотно-манипулированных сигналов (авт. св. СССР 652725, к л. Н 04 L 27/12, 1977), содержащее синхронизатор, сумматор, два фазовых манипулятора и два задающих генератора.

Недостатком известного устройства для формирования частотно-манипулированных сигналов является высокий уровень внеполосных излучений при их передаче, что требует широкой необходимой полосы частот для их передачи.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для формирования частотно-манипулированных сигналов (авт. св. СССР 828435, кл. Н 04 L 27/12, 1981), содержащее синхронизатор, сумматор, первый и второй фазовые манипуляторы, первый и второй фазовращатели, первый и второй перемножители, преобразователь и два задающих генератора, выход первого из которых подключен к первому входу первого фазового манипулятора и к входу первого фазовращателя, выход которого соединен с первым входом второго фазового манипулятора, выходы первого и второго фазовых манипуляторов подключены к первым входам соответственно первого и второго перемножителей, выходы которых соединены соответственно с первым и вторым входами сумматора, выход которого является выходом устройства, входом которого является первый вход синхронизатора, выход которого подключен к первому входу преобразователя, второй вход которого соединен со вторым входом синхронизатора, вторым входом первого перемножителя и входом второго фазовращателя, выход которого подключен к третьему входу синхронизатора, второму входу второго перемножителя и третьему входу преобразователя, первый и второй выходы которого соединены со вторыми входами соответственно первого и второго фазовых манипуляторов, причем выход второго задающего генератора подключен к входу второго фазовращателя.

Известное устройство позволяет формировать частотно-манипулированные сигналы с ортогональными символами и минимально возможной шириной необходимой полосы частот.

Однако недостатком известного устройства для формирования частотно-манипулированных сигналов также является высокий уровень внеполосных излучений при передаче формируемых радиосигналов, что обусловлено наличием разрывов первой производной формируемых сигналов на границах символов.

Для устранения указанного недостатка необходимо обеспечить непрерывность первой производной формируемых сигналов на границах символов, т.к. известно, что чем больше производных формируемых сигналов непрерывны на границах символов, тем больше скорость убывания их спектров и тем меньше уровень внеполосных излучений (см. , например, Гуревич М.С. Спектры радиосигналов. - М.: "Связьиздат", 1963, с. 77).

Задачей изобретения является уменьшение уровня внеполосных излучений при передаче формируемых радиосигналов.

Достигается решение поставленной задачи тем, что в устройство для формирования частотно-манипулированных сигналов, содержащее синхронизатор, сумматор, первый и второй фазовые манипуляторы, первый и второй фазовращатели, первый и второй перемножители, преобразователь и задающий генератор, выход которого подключен к первому входу первого фазового манипулятора и к входу второго фазовращателя, выход которого соединен с первым входом второго фазового манипулятора, выходы первого и второго фазовых манипуляторов подключены к первым входам соответственно первого и второго перемножителей, выходы которых соединены соответственно с первым и вторым входами сумматора, выход которого является выходом устройства, входом которого является первый вход синхронизатора, выход которого подключен к первому входу преобразователя, второй вход которого соединен со вторым входом синхронизатора, вторым входом первого перемножителя и входом второго фазовращателя, выход которого подключен к третьему входу синхронизатора, второму входу второго перемножителя и третьему входу преобразователя, первый и второй выходы которого соединены со вторыми входами соответственно первого и второго фазовых манипуляторов, введен делитель частоты в (2к+1) раз, где к - натуральное число, вход которого подключен к выходу задающего генератора, а выход - к входу первого фазовращателя.

Предлагаемое устройство для формирования частотно-манипулированных сигналов позволяет формировать сигналы с минимальной частотной манипуляцией таким образом, что текущее значение формируемых сигналов всегда принимает максимальное или минимальное значения на границах всех символов. В результате первая производная формируемых сигналов будет неразрывна на границах всех символов, что и обеспечивает уменьшение уровня внеполосных излучений.

Сравнительный анализ с прототипом показал, что предлагаемое устройство для формирования частотно-манипулированных сигналов включает в себя новые существенные признаки, изложенные в формуле изобретения. Следовательно, техническое решение соответствует критерию "новизна".

Так как требуемый технический результат достигается всей вновь введенной совокупностью существенных признаков, которые в известной патентной и научной литературе на дату подачи заявки не обнаружены, то техническое решение соответствует критерию "изобретательский уровень".

На фиг.1 показана электрическая структурная схема предлагаемого устройства для формирования частотно-манипулированных сигналов, а на фиг.2 - временные диаграммы, поясняющие его работу.

Устройство для формирования частотно-манипулированных сигналов (см. фиг. 1) содержит синхронизатор 1, преобразователь 2, задающий генератор 3, делитель 4 частоты, первый и второй фазовращатели 5 и 6, первый и второй фазовые манипуляторы 7 и 8, первый и второй перемножители 9 и 10, а также сумматор 11. Входом устройства является первый вход синхронизатора 1, выход которого подключен к первому входу преобразователя 2. Выход задающею генератора 3 подключен к входу делителя 4 частоты, к первому входу первого фазового манипулятора 7 и к входу второго фазовращателя 6, выход которого соединен с первым входом второго фазового манипулятора 8. Выходы первого и второго фазовых манипуляторов 7 и 8 подключены к первым входам соответственно первого и второго перемножителей 9 и 10, выходы которых соединены соответственно с первым и вторым входами сумматора 11, выход которого является выходом устройства. Выход делителя 4 частоты подключен к входу первого фазовращателя 5 и к вторым входам синхронизатора 1, преобразователя 2 и первого перемножителя 9. Выход первого фазовращателя 5 подключен к второму входу второго перемножителя 10 и к третьим входам синхронизатора 1 и преобразователя 2. Первый и второй выходы преобразователя 2 соединены со вторыми входами соответственно первого и второго фазовых манипуляторов 7 и 8.

Работает устройство для формирования частотно-манипулированных сигналов следующим образом.

С выхода задающего генератора 3 синфазное несущее гармоническое колебание (фиг. 2, а) с частотой f_н подают на вход делителя 4 частоты, на первый вход первого фазового манипулятора 7 и на вход второго фазовращателя 6 на 90 градусов, с выхода которого квадратурное несущее гармоническое колебание с частотой f_н подают на первый вход второго фазового манипулятора 8.

Делитель 4 частоты делит частоту входного гармонического сигнала в (2к+1) раз, где к - натуральное число. С выхода делителя 4 частоты синфазное модулирующее гармоническое колебание (фиг. 2, б) с частотой f/_м=f_н/(2K+1) подают на вторые входы синхронизатора 1 и преобразователя 2, а также на второй вход первого перемножителя 9 и на вход первого фазовращателя 5 на 90 градусов, с выхода которого квадратурное модулирующее гармоническое колебание (фиг. 2, в) с частотой f_м=f_н(2к+1) подают на третьи входы синхронизатора 1 и преобразователя 2, а также на второй вход второго перемножителя 10.

На первый вход синхронизатора 1, являющийся входом устройства, подают входной двоичный видеосигнал (фиг. 2, г). На выходе синхронизатора 1 получают манипулирующий двоичный видеосигнал (фиг. 2, д) с длительностью символа Т_с= 1/(4f_м), изменение состояния которого происходит лишь в те моменты времени, когда одно из двух модулирующих гармонических колебаний (см. фиг. 2, б и 2, в), подаваемых на второй и третий входы синхронизатора 1, проходит через нулевое значение.

С выхода синхронизатора 1 манипулирующий двоичный видеосигнал (см. фиг. 2, д) подают на первый вход преобразователя 2. На первом и втором выходах преобразователя 2 получают соответственно синфазный и квадратурный манипулирующие двоичные видеосигналы (фиг. 2, и; 2, з) с удвоенной длительностью символов Т=2T_с=1/(2f_м), причем эти сигналы сдвинуты один относительно другого по времени на величину Т_c, равную длительности символа манипулирующего двоичного видеосигнала (см. фиг. 2, д). Изменение синфазного манипулирующего двоичного видеосигнала (см. фиг. 2, и) на первом выходе преобразователя 2 возможно лишь тогда, когда подаваемое на второй вход преобразователя 2 синфазное модулирующее гармоническое колебание (см. фиг. 2, б) с выхода делителя 4 частоты проходит через нулевое значение. Аналогично изменение квадратурного манипулирующего двоичного видеосигнала (см. фиг. 2, з) на втором выходе преобразователя 2 происходит лишь в те моменты времени, когда подаваемое на третий вход преобразователя 2 квадратурное модулирующее гармоническое колебание (см. фиг. 2, в) с выхода первого фазовращателя 5 на 90 градусов проходит через нулевое значение.

С первого и второго выходов преобразователя 2 синфазный и квадратурный манипулирующие двоичные видеосигналы (см. фиг. 2, и; 2, з) подают на вторые входы соответственно первого и второго фазовых манипуляторов 7 и 8.

На выходах первого и второго фазовых манипуляторов 7 и 8 получают манипулированные по фазе на 180 градусов соответственно синфазный и квадратурный фазоманипулированные сигналы (фиг. 2, л и 2, к) с частотой f_н и прямоугольной огибающей символов длительностью Т=27_с=1/(2f_м), которые сдвинуты один относительно другого по времени на половину длительности символа T/2= T_с=1(4f_м).

Полученные сигналы подают на первые входы соответственно первого и второго перемножителей 9 и 10, на выходах которых получают сдвинутые один относительно другого по времени на половину длительности символа T/2=Т_с= 1/(4f_м) манипулированные по фазе на 180 градусов синфазный и квадратурный фазоманипулированные сигналы (фиг. 2, м и 2, н) с частотой f_н и соответственно с синусной и косинусной огибающей символов.

Эти сигналы подают соответственно на первый и второй входы сумматора 11, на выходе которого формируют частотно-манипулированный сигнал (фиг. 2, о) без разрыва фазы с частотами символов f₁=f_н+f_м==f_н(2(к+1)/(2к+1)) и f₂= f_н(2K/(2K+1)), где к= 1, 2, 3. . ., и длительностью символов Т_с=1/(4f_м)= (2к+1)/(4f_н).

Выходной частотно-манипулированный сигнал (фиг. 2, о) без разрыва фазы имеет индекс частотной модуляции h=(f₁-f₂) Т_с=[f_н(2/(2к+1))]•[(2K+1)/(4f_н)] = 1/2 и минимально возможный при условии сохранения ортогональности символов разнос частот символов (f₁-f₂)=1/(2T_c), причем его текущее значение всегда принимает максимальное или минимальное значение на границах всех символов, что обеспечивает непрерывность первой производной формируемого сигнала в моменты изменения его частоты.

Устройство для формирования частотно-манипулированных сигналов может быть реализовано на известных функциональных элементах.

Возможный пример выполнения преобразователя 2, известный из прототипа (см. авт. св. СССР 828435, кл. Н 04 L 27/12, 1981), показан на фиг.1. Преобразователь 2 содержит выделитель 12 фронтов, первый и второй элементы И 13 и 14, первый и второй триггеры 15 и 16 и работает следующим образом.

На вход выделителя 12 фронтов, являющийся первым входом преобразователя 2, подают манипулирующий двоичный видеосигнал (см. фиг. 2, д). На выходе выделителя 12 фронтов получают последовательность импульсов, которые возникают при изменении состояния манипулирующего двоичного видеосигнала. Эти импульсы подают на первые входы первого и второго элементов И 13 и 14, на вторые входы которых, являющиеся соответственно третьим и вторым входами преобразователя 2, подают соответственно квадратурное (фиг. 2, в) и синфазное (фиг. 2, б) модулирующие гармонические колебания с частотой f_м.

На выходы первого или второго элементов И 13 или 14 (фиг. 2, ж или 2, е) импульсы приходят лишь тогда, когда квадратурное (фиг. 2, в) или синфазное (фиг. 2, б) модулирующее гармоническое колебание имеет максимальную амплитуду, т.е. в моменты времени, когда соответствующее синфазное (фиг.2, б) или квадратурное (фиг. 2, в) модулирующее гармоническое колебание проходит через нулевое значение. С выходов первого и второго элементов И 13 и 14 последовательности импульсов (фиг. 2, ж и 2, е) подают на счетные входы соответственно первого и второго триггеров 15 и 16, на выходах которых, являющихся соответственно первым и вторым выходами преобразователя 2, получают синфазный и квадратурный манипулирующие двоичные видеосигналы (см. фиг. 2, и; 2, з).

Устройство позволяет формировать частотно-манипулированные радиосигналы с минимально возможной при условии сохранения ортогональности символов шириной спектра без разрывов фазы и первой производной формируемых сигналов, что обеспечивает уменьшение уровня внеполосных излучений при их передаче.

Изобретение может быть использовано в цифровой радиосвязи, в системах передачи дискретной информации для формирования сигналов с непрерывной частотной манипуляцией и минимальным сдвигом частоты. Технический результат - обеспечение непрерывности мгновенных значений и первой производной формируемых частотно-манипулированных сигналов на границах символов, что обеспечивает уменьшение уровня внеполосных излучений. Для этого устройство для формирования частотно-манипулированных сигналов содержит синхронизатор, преобразователь, задающий генератор, делитель частоты в (2к+1) раз, где к - натуральное число, первый и второй фазовращатели, первый и второй фазовые манипуляторы, первый и второй перемножители, а также сумматор. 2 ил.

Устройство для формирования частотно-манипулированных сигналов, содержащее синхронизатор, сумматор, первый и второй фазовые манипуляторы, первый и второй фазовращатели, первый и второй перемножители, преобразователь и задающий генератор, выход которого подключен к первому входу первого фазового манипулятора и к входу первого фазовращателя, выход которого соединен с первым входом второго фазового манипулятора, выходы первого и второго фазовых манипуляторов подключены к первым входам соответственно первого и второго перемножителей, выходы которых соединены соответственно с первым и вторым входами сумматора, выход которого является выходом устройства, входом которого является первый вход синхронизатора, выход которого подключен к первому входу преобразователя, второй вход которого соединен со вторым входом синхронизатора, вторым входом первого перемножителя и входом второго фазовращателя, выход которого подключен к третьему входу синхронизатора, второму входу второго перемножителя и третьему входу преобразователя, первый и второй выходы которого соединены со вторыми входами соответственно первого и второго фазовых манипуляторов, отличающееся тем, что введен делитель частоты в (2к+1) раз, где к - натуральное число, вход которого подключен к выходу задающего генератора, а выход - к входу второго фазовращателя.