СПОСОБ ДЕЛЕНИЯ ПОЛОСЫ ЧАСТОТ ПЕРЕДАВАЕМОГО СИГНАЛА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2005 года по МПК H04B1/66 

Известны способы деления полосы частот передаваемого сигнала и устройства для их осуществления, которые описаны в различных источниках, например, в:

1. А.С. 1506506 (СССР), МПК Н 03 С 1/52. Формирователь однополосного сигнала /А.А.Волков. Приоритет от 10.02.87.

2. Патент 1508831 (Англия), МПК Н 04 В 1/66 от 26.04.78.

3. Гоноровский И.С. Радиотехнические цепи и сигналы. М.: Сов. радио, 1967, ч.2. - С.174-180.

По технической сущности наиболее близким к изобретению являются способ и устройство, описанные в первом источнике, которые по этой причине и принимаются за его прототип.

Способ-прототип состоит из формирователя по передаваемому низкочастотному (н.ч.) сигналу однополосного (в.ч.) колебания, из которого выделяется огибающая и складывается с ним, а из этой суммы извлекается корень квадратный для получения однополярных полусинусоид одного знака и отдельно другого знака, из которых методом коммутации формируется однополосный сигнал с разделенной пополам полосой и несущей частотой. Управляющий сигнал коммутации формируется из однополосного колебания, которое сдвигается по фазе на 90°, усиливается-ограничивается по амплитуде, дифференцируется по времени и отрицательными короткими импульсами, полученными при дифференцировании, формируются с помощью триггера прямоугольные управляющие импульсы, длительность которых равна периоду однополосного сигнала.

Устройство-прототип состоит из последовательно соединенных источника передаваемого сигнала, формирователя однополосного колебания, выделителя из него огибающей, сумматора огибающей и однополосного колебания, блока извлечения корня квадратного, фазоинвертора, фазового модулятора коммутационного типа, управляющий вход которого соединен с выходом формирователя однополосного сигнала через последовательно включенные триггер, дифференцирующую цепочку, усилитель-ограничитель амплитуды, фазовращатель на 90°.

Основным недостатком прототипа является высокий уровень нелинейных искажений из-за наличия нелинейной операции и блока извлечения корня квадратного, а также отсутствия низкочастотного передаваемого сигнала с разделенной пополам полосой частот, необходимого для цифровой его передачи.

Техническим результатом изобретения является повышение качества передаваемого сообщения за счет исключения нелинейной операции и блока извлечения корня квадратного, а также получения низкочастотного передаваемого сигнала с разделенной пополам полосой частот за счет введенного когерентного детектирования однополосного колебания, что реализовано введенными перемножителем сигналов, когерентным детектором, делителем частоты в два раза колебания несущей частоты однополосного сигнала.

Сущность изобретения состоит в том, что в способе деления полосы частот передаваемого сигнала, состоящем из формирования по данному сигналу однополосного колебания, из которого выделяется огибающая и складывается с ним, и которое подвергается последовательным операциям: сдвигу по фазе на 90°, усилению-ограничению по амплитуде, дифференцированию по времени для получения отрицательных скачков сигнала, по которым формируются разнополярные прямоугольные импульсы, сумма однополосного колебания и его огибающей перемножаются с разнополярными прямоугольными импульсами и сигнал перемножения когерентно детектируется по опорному колебанию несущей частоты однополосного сигнала, разделенному в два раза по частоте.

В устройстве же для осуществления способа, состоящем из последовательно включенных источника передаваемого сигнала, формирователя однополосного колебания, выделителя его огибающей, сумматора однополосного колебания и его огибающей, а также последовательно подключенных к формирователю однополосного колебания фазовращателя на 90°, усилителя-ограничителя амплитуды, дифференцирующей цепи, триггера, элемента исключения постоянной составляющей его колебаний введены перемножитель сигналов, когерентный детектор, делитель частоты в два раза, причем, выход сумматора соединен с сигнальным входом детектора через перемножитель сигналов, второй вход которого подключен к элементу исключения постоянной составляющей из колебаний триггера, а опорный вход детектора соединен с выходом генератора колебания несущей частоты формирователя однополосного сигнала через делитель частоты на два.

Существенным отличием изобретения является совокупность введенных связей и новых элементов, т.к. только они позволяют уменьшить нелинейные искажения при разделении полосы частот в два раза передаваемого сигнала, что необходимо для цифровой его передачи.

Предлагаемые объекты изобретения иллюстрируются чертежами.

На фиг.1 представлены временные диаграммы, поясняющие предложенный способ деления полосы частот передаваемого сигнала. u(t)=U(t)cosϕ(t). По данному сигналу формируется однополосное колебание u₀(t)=U(t)cos[ωt+ϕ], из которого выделяется его огибающая (амплитуда) U(t) и складывается с этим колебанием:

Суммарное колебание не пересекает ось абсцисс, а имеет с ней только точки касания, как показано на фиг. 1а, где для упрощения принято U(t)=1=const. Так как ω≫dϕ(t)/dt, то при U(t)=1 однополосный сигнал близок к гармоническому (фиг. 1а, б)

На фиг.1б показан квадратурный однополосный сигнал , т.е. сдвинутый по фазе на 90° относительно исходного (фиг.1а). Дифференцируя по времени этот усиленный и ограниченный по амплитуде сигнал , получим короткие положительные и отрицательные импульсы, как показано на фиг.1 в (положительные импульсы перечеркнуты). Видно, что отрицательные импульсы совпадают с точками касания сигнала и оси абсцисс. По этим отрицательным импульсам, как по фронтам, формируются с помощью триггера отрицательные импульсы большой длительности, равной периоду колебаний То однополосного сигнала. На фиг.1 в они показаны с пунктирной вершиной. Эти однополярные импульсы преобразуются в разнополярные путем исключения из них постоянной составляющей, которые перемножаются с суммарным сигналом . Этот сигнал на своем периоде, совпадающем с длительностью импульса противоположного знака, от перемножения меняет свою полярность на противоположную (фиг.1г), отчего увеличивается в 2 раза его период Т=2То, уменьшается в 2 раза его полоса и несущая частота. В этом основная суть предлагаемого способа.

Небольшие отклонения от синусоиды в точках пересечения оси абсцисс разделенным однополосным сигналом (фиг.1г) дают незначительные нелинейные искажения в виде нечетных гармоник, которые автоматически устраняются при когерентном детектировании.

Из описания и фиг.1 следует, что частота и амплитуда однополосного сигнала могут меняться, отчего работоспособность способа и устройства не нарушится.

Структурная схема устройства, реализующего данный способ, приведена на фиг.2.

Устройство состоит из источника передаваемого сигнала 1, формирователя однополосного колебания 2, генератора колебания несущей частоты 3, фазовращателя 4 на 90°, сумматора 5, выделителя огибающей 6, усилителя-ограничителя амплитуды 7, перемножителя сигналов 8, дифференцирующей цепи 9, когерентного детектора 10, делителя частоты в 2 раза 11, триггера 12, аналого-цифрового преобразователя (АЦП) 13, элемента 14, исключающего постоянную составляющую прямоугольного колебания.

Работа схемы поясняется временными диаграммами фиг.1, вышеприведенными формулами и осуществляется следующим образом.

Передаваемый н.ч. сигнал с блока 1 поступает на один вход формирователя однополосного сигнала 2, на второй вход которого подается колебание несущей частоты с генератора 3. Однополосное колебание с выхода блока 2 поступает на один вход сумматора 5 непосредственно, на второй его вход через выделитель огибающей 6, в результате чего на выходе сумматора 5 имеет место однополярное однополосное колебание (фиг.1а), которое подается на один вход перемножителя 8. На другой его вход поступают разнополярные прямоугольные импульсы с выхода блока 14 (фиг.1в). Они образованы из однополосного колебания с блока 2 в результате сдвига его по фазе на 90° в блоке 4, усиления-ограничения по амплитуде в блоке 7, дифференцирования по времени в блоке 9, формирования однополярных импульсов в триггере 12 отрицательными скачками сигнала с выхода блока 9 и устранения постоянной составляющей этих импульсов в блоке 14, отчего импульсы становятся разнополярными, но одинаковой амплитуды и длительности, равной периоду однополосного колебания. От перемножения однополярное однополосное колебание на периодах, соответствующих длительности импульсов противоположного ему знака, меняет свою полярность, в результате чего полоса и несущая частота однополосного колебания уменьшаются в 2 раза (фиг.1г). Далее это колебание поступает на сигнальный вход когерентного детектора 10, на опорный вход которого подается колебание несущей частоты с выхода генератора 3 через делитель частоты в 2 раза 11. На выходе блока 10 имеет место н.ч. передаваемый сигнал, у которого полоса частот уменьшена в 2 раза. В блоке 13 этот аналоговый сигнал преобразуется в цифровой, у которого полоса частот тоже в 2 раза меньше.

Если надо разделить полосу частот в 2ⁿ раз, то следует включить последовательно n таких схем, причем схемы второго и последующих делителей упрощаются за счет отсутствия в них формирователя однополосного сигнала. Восстанавливается полоса частот н. ч. сигнала на приемной стороне путем формирования по нему однополосного колебания, умножения его по частоте в соответствующее число раз и когерентного детектирования.

Технико-экономическим эффектом изобретения является повышение качества передаваемого сигнала и частотной эффективности системы передачи.

Изобретение относится к области передачи сигналов. Достигаемый технический результат - повышение качества и уменьшение полосы частот передаваемого сигнала без потерь информации. Сущность способа состоит в том, что сумма однополосного колебания и его огибающей перемножаются непосредственно с разнополярными прямоугольными импульсами, а сигнал перемножения когерентно детектируется, при этом полоса частот уменьшается в два раза. Устройство содержит источник передаваемого сигнала, формирователь однополосного колебания, выделитель огибающей, сумматор однополосного колебания и его огибающей, фазовращатель на 90°, усилитель-ограничитель амплитуды, дифференцирующую цепь, триггер, элемент исключения постоянной составляющей, перемножитель сигналов, когерентный детектор, делитель частоты в 2 раза. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ деления полосы частот передаваемого сигнала, включающий в себя формирование по данному сигналу однополосного колебания, из которого выделяется огибающая и складывается с ним и которое подвергается последовательно сдвигу по фазе на 90°, усилению-ограничению по амплитуде, дифференцированию по времени для получения отрицательных скачков сигнала, по которым формируются разнополярные прямоугольные импульсы одинаковой амплитуды, отличающийся тем, что сумма однополосного колебания и его огибающей перемножаются с разнополярными прямоугольными импульсами и сигнал перемножения когерентно детектируется по опорному колебанию несущей частоты однополосного сигнала, разделенному по частоте в 2 раза.2. Устройство для осуществления способа по п.1, состоящее из последовательно включенных источника передаваемого сигнала, формирователя однополосного колебания, выделителя его огибающей, сумматора однополосного колебания и его огибающей, а также из последовательно подключенных к формирователю однополосного колебания фазовращателя на 90°, усилителя-ограничителя амплитуды, дифференцирующей цепи, триггера, элемента исключения постоянной составляющей его колебаний, отличающееся тем, что в него введены перемножитель сигналов, когерентный детектор, делитель частоты в 2 раза, причем выход сумматора соединен с сигнальным входом когерентного детектора через перемножитель сигналов, второй вход которого подключен к элементу исключения постоянной составляющей из колебаний триггера, а опорный вход когерентного детектора соединен с генератором колебания несущей частоты формирователя однополосного сигнала через делитель частоты в 2 раза.