Устройство формирования сигнала однополосной модуляции Российский патент 2023 года по МПК H03K5/00 

Изобретение относится к способам формирования сигналов однополосной модуляции (ОМ) и может быть использована система связи и передачи информации.

Известен фазокомпенсационный способ формирования сигналов ОМ, см. стр. 92-93 (Верзунов М.В. Однополосная модуляция в радиосвязи. – М.: Воениздат, 1972, – 296 с.). На рис. 3.8 (Верзунов М.В. Однополосная модуляция в радиосвязи. – М.: Воениздат, 1972, – 296 с.) представлен модулятор, реализующий указанный способ.

Согласно известному способу аналоговый низкочастотный (НЧ) модулирующий сигнал u(t) подают на первые входы первого и второго умножителей. Причем, если на первый вход второго умножителя сигнал u(t) подают непосредственно, а на первый вход второго умножителя сигнал u(t) подают через НЧ фазовращатель, который обеспечивает сдвиг по фазе всех составляющих спектра на π/2. Одновременно на второй вход первого и второго умножителя подают аналоговый высокочастотный (ВЧ) сигнал s(t). Причем, если на второй вход первого умножителя сигнал s(t) подают непосредственно, то на второй вход второго умножителя сигнал s(t) подают через ВЧ фазовращатель. Затем с выхода первого умножителя результирующий сигнал s1(t) подают на первый вход сумматора, на второй вход которого подают результирующий сигнал s2(t) с выхода второго умножителя. На выходе сумматора формируют искомый сигнал ОМ z(t).

Недостатком известного способа является сложность обеспечения ортогональности составляющих спектров аналоговых сигналов s1(t) и s2(t) после прохождения ими НЧ и ВЧ аналоговых фазовращателей. Поскольку нарушение условия ортогональности ведет к повышению уровня комбинационных составляющих спектра и как результат – к снижению помехоустойчивости. Кроме того, искомый сигнал ОМ z(t) не содержит постоянную составляющую в виде пилот-сигнала, что приводит к снижению помехоустойчивости его приема без построения сложных систем синхронизации при его демодуляции.

Известен фазофильтровой способ формирования сигналов ОМ, см. стр. 119-121 (Верзунов М.В. Однополосная модуляция в радиосвязи. – М.: Воениздат, 1972, – 296 с.). На рис. 3.28 (Верзунов М.В. Однополосная модуляция в радиосвязи. – М.: Воениздат, 1972, – 296 с.) представлен модулятор, формирующий сигналы ОМ на основе фазофильтрового способа.

Согласно известному способу аналоговый НЧ модулирующий сигнал u(t) подают на первые входы первого и второго умножителей. А на вторые входы первого и второго умножителей подают аналоговое гармоническое колебание u0(t), частота которого выбрана таким образом, чтобы спектры на выходе первого и второго перемножителя не пересекались. Причем на второй вход первого перемножителя колебание u0(t) подают непосредственно, а на второй вход второго перемножителя колебание u0(t) подают после прохождения им НЧ фазовращателя. Затем с выходов первого и второго умножителей результирующие сигналы u1(t) и u2(t) подают на полосовые фильтры, которые отсекают побочные колебания, возникающие в результате фазовой асимметрии ввиду неидельности характеристик фазовращателя. С выхода полосовых фильтров результирующие сигналы u11(t) и u12(t) соответственно подают на первые входы третьего и четвертого умножителей, на вторые входы которых подают аналоговый ВЧ сигнал s(t). Причем, если на второй вход третьего умножителя сигнал s(t) подают непосредственно, то на второй вход второго умножителя сигнал s(t) подают через ВЧ фазовращатель. Затем с выхода третьего умножителя результирующий сигнал s1(t) подают на первый вход сумматора, на второй вход которого подают результирующий сигнал s2(t) с выхода четвертого умножителя. На выходе сумматора формируют искомый сигнал ОМ z(t).

Недостатком известного способа является сложность обеспечения ортогональности составляющих спектров аналоговых сигналов s1(t) и s2(t) после прохождения ими ВЧ аналоговых фазовращателей. Поскольку нарушение условия ортогональности ведет к повышению уровня комбинационных составляющих спектра и как результат – к снижению помехоустойчивости. Кроме того, искомый сигнал ОМ z(t) не содержит постоянную составляющую в виде пилот-сигнала, что приводит к снижению помехоустойчивости его приема без построения сложных систем синхронизации при его демодуляции.

Наиболее близким по своей сущности к заявляемому способу является цифровой способ формирования сигналов ОМ с использованием квадратурного модулятора, (Формирование и генерация сигналов в военной технике радиосвязи. Часть 1. Синтезаторы частот. Формирование радиосигналов: Учебник – СПб. : ВАС, 2022. – 224 с.). На рис. 2.81, см. (Формирование и генерация сигналов в военной технике радиосвязи. Часть 1. Синтезаторы частот. Формирование радиосигналов: Учебник – СПб. : ВАС, 2022. – 224 с.), представлен квадратурный модулятор, формирующий сигналы ОМ на основе цифрового способа.

Согласно способу-прототипу с источника дискретных отсчетов дискретные отсчеты НЧ модулирующего сигнала u_t, сигнал u_t подают на первые входы первого и второго умножителей, причем на первый вход второго умножителя сигнал u_t подают через преобразователь Гильберта (ПГ), а на вторые входы первого и второго умножителей подают дискретные отсчеты ВЧ несущего колебания s_t, причем на второй вход второго умножителя колебание s_t подают через ВЧ фазовращатель, соответственно с выхода первого и второго умножителей результирующие дискретные отсчеты сигналов s1_t и s2_t подают на первый и второй входы сумматора, с выхода которого получают дискретные отсчеты искомого сигнала однополосной модуляции z_t.

Недостаток такого способа заключается в том, что искомый сигнал ОМ z_t не содержит постоянную составляющую в виде пилот-сигнала, что приводит к снижению помехоустойчивости его приема без построения сложных систем синхронизации при его демодуляции.

Задачей изобретения является разработка способа позволяющего формировать сигнал ОМ, демодуляция которого не требует применения сложных систем синхронизации.

Техническим результатом заявляемого способа является формирование сигнала ОМ, содержащего постоянную составляющую в виде пилот-сигнала.

Технический результат достигается тем, что в способе формирования сигнала однополосной модуляции содержащего пилот-сигнал, заключающемся в том, что с источника дискретных отсчетов низкочастотного модулирующего сигнала u_t, сигнал u_t подают на первые входы первого и второго умножителей, причем на первый вход второго умножителя сигнал u_t подают через преобразователь Гильберта, а на вторые входы первого и второго умножителей подают дискретные отсчеты высокочастотного несущего колебания s_t с генератора высоких частот несущего колебания, причем на второй вход второго умножителя колебание s_t подают через высокочастотный фазовращатель, соответственно с выхода первого и второго умножителей результирующие дискретные отсчеты сигналов s1_t и s2_t подают на первый и второй входы сумматора результирующих дискретных отсчетов сигналов, с выхода которого получают дискретные отсчеты искомого сигнала однополосной модуляции z_t, дополнительно используют первый и второй дополнительные сумматоры и усилитель постоянного тока, при этом перед подачей дискретных отсчетов низкочастотного модулирующего сигнала u_t на первые входы первого и второго умножителей, дискретные отсчеты u_t подают на первые входы первого и второго дополнительных сумматоров, на вторые входы которых подают дискретные отсчеты постоянного напряжения v_t, поступающего с усилителя постоянного тока, причем значение v_t равно максимальному значению напряжения низкочастотного модулирующего сигнала u_t, а с выходов первого и второго дополнительных сумматоров результирующие сигналы u1_t, и u2_t, соответственно подают на первые входы первого и второго умножителей, при этом усилитель постоянного тока работает синхронно с источником дискретных отсчетов низкочастотного модулирующего сигнала u_t.

Благодаря дополнительному использованию в заявляемом способе первого и второго дополнительных сумматоров, а также усилитель постоянного тока (УПТ), формирующего напряжение равное максимальному значению напряжения НЧ модулирующего сигнала в заявляемом способе реализация возможность формирования сигнала ОМ, содержащего постоянную составляющую в виде пилот-сигнала, демодуляция которого не требует применения сложных систем синхронизации.

Поясним возможность достижения заявляемого технического результата.

В соответствии со способом-прототипом сформированный сигнал ОМ не имеет постоянной составляющей, поскольку для его формирования используют универсальный квадратурный модулятор. Поэтому демодуляция такого сигнала невозможна без применения сложной системы синхронизации в приемных устройствах.

Вместе с тем предлагаемый способ за счет использования дополнительных технических операций сложения дискретных отсчетов модулирующего сигнала с дискретными отсчетами постоянного уровня напряжения, генерируемого УПТ, обеспечивает формирование сигнала ОМ с пилот-сигналом. Причем уровень информационной составляющей в сигнале ОМ, формируемого в соответствии с заявляемым техническим решением, сопоставим с уровнем информационной составляющей способа-прототипа.

Заявленный способ поясняется чертежами, на которых показаны:

Фиг. 1. Структурная схема, позволяющая формировать сигнал ОМ, содержащий пилот-сигнал, в соответствии с заявляемым способом.

Фиг. 2. Временная реализация сигнала ОМ, сформированного в соответствии с заявляемым способом.

Фиг. 3. Модуль спектра сигнала ОМ, сформированного в соответствии с заявляемым способом.

Фиг. 4. Временная реализация сигнала ОМ, сформированного в соответствии со способом-прототипом.

Фиг. 5. Модуль спектра сигнала ОМ, сформированного в соответствии со способом-прототипом.

Реализация заявляемого способа осуществляется на основе демодулятора, структурная схема которого представлена на фиг. 1.

На фиг. 1 введены следующие обозначения:

1 – источника дискретных отсчетов НЧ модулирующего сигнала.

2 – преобразователь Гильберта.

3 – первый дополнительный сумматор.

5 – второй дополнительный сумматор.

4 – усилитель постоянного тока.

6 – генератор ВЧ несущего колебания.

7 – первый умножитель.

8 – ВЧ фазовращатель.

9 – второй умножитель.

10 – сумматор результирующих дискретных отсчетов сигналов.

Согласно заявляемому способу:

1. От источника дискретных отсчетов НЧ модулирующего сигнала u_t 1, сигнал u_t подают на первые входы первого 3 и второго 5 дополнительных сумматоров. Причем на первый вход второго дополнительного сумматора 5 сигнал u_t подают через преобразователь Гильберта 2 .

2. А на вторые входы первого 3 и второго 5 дополнительных сумматоров подают дискретные отсчеты постоянного напряжения v_t, поступающего с усилителя постоянного тока 4. Причем значение v_t равно максимальному значению напряжения НЧ модулирующего сигнала u_t.

3. Результат суммы с выхода первого 3 и второго 5 дополнительного сумматоров подают на первые входы первого 7 и второго 9 умножителей соответственно. А на вторые входы первого и второго умножителей - подают дискретные отсчеты ВЧ несущего колебания s_t, формируемого генератором ВЧ несущего колебания 6.

4. На второй вход первого умножителя 7 подают дискретные отсчеты ВЧ несущего колебания s_t, формируемое генератором ВЧ несущего колебания 6 непосредственно. А на второй вход второго умножителя колебание s_t подают через ВЧ фазовращатель 8.

5. Соответственно с выхода первого 7 и второго 9 умножителей результирующие дискретные отсчеты сигналов s1_t и s2_t подают на первый и второй входы сумматора 10 соответственно, с выхода которого получают дискретные отсчеты искомого сигнала ОМ z_t.

В качестве примера, на фиг. 2 показан фрагмент временной развертки сигнала ОМ z_t, сформированного в соответствии с заявляемым способом. На фиг. 3 показан фрагмент модуля спектра | Z_f | этого ОМ сигнала. На фиг. 3 на частоте f₀ показана спектральная составляющая пилот сигнала, а на частоте f_Z показана спектральная составляющая сформированного сигнала ОМ.

В качестве примера на фиг. 4 показан фрагмент временной развертки сигнала ОМ z_t, сформированного в соответствии со способом-прототипом.

А на фиг. 5 показан фрагмент модуля спектра | Z_f | ОМ сигнала, сформированного на основе способа-прототипа. На фиг. 5 на частоте f_Z показана спектральная составляющая сформированного сигнала ОМ.

Отличие реализации заявляемого способа от способа прототипа состоит в дополнительном использовании блоков 3, 4 и 5, которые позволяют формировать пилот-сигнал. При этом мощность информационной спектральной составляющей (на частоте f_Z на фиг. 3 и фиг. 5) одинакова, что указывает на то, что предложенный способ не ведет к снижению энергетической эффективности результирующего ОМ сигнала. Мощность фрагмента сигнала ОМ z_t, сформированного в соответствии со способом-прототипом равна мощности фрагмента сигнала ОМ z_t, сформированного в соответствии с заявляемым способом.

Изобретение относится к устройствам формирования сигналов однополосной модуляции (ОМ). Техническим результатом является формирование сигнала ОМ, демодуляция которого не требует применения сложных систем синхронизации, содержащего постоянную составляющую в виде пилот-сигнала. Технический результат достигается благодаря дополнительному использованию в устройстве первого и второго дополнительных сумматоров, а также усилителя постоянного тока, формирующего напряжение, равное максимальному значению напряжения низкочастотного модулирующего сигнала. 5 ил.

Устройство формирования сигнала однополосной модуляции, содержащее источник дискретных отсчетов низкочастотного модулирующего сигнала, преобразователь Гильберта, первый и второй умножители, выходы которых соединены с выходом сумматора, выход которого является выходом дискретных отсчетов искомого сигнала однополосной модуляции, а также генератор высокочастотного несущего колебания, выход которого непосредственно соединен с первым входом первого умножителя, а через фазовращатель с первым входом второго умножителя, отличающееся тем, что в устройство введены второй и третий сумматоры и усилитель постоянного тока с дискретными отсчетами постоянного напряжения на выходе, при этом выход источника дискретных отсчетов низкочастотного модулирующего сигнала соединен с первым входом второго сумматора, а через преобразователь Гильберта с первым входом третьего сумматора, вторые входы второго и третьего сумматоров соединены с усилителем постоянного тока, а выходы второго и третьего сумматоров соединены соответственно со вторыми входами первого и второго умножителей.