Цифровой квадратурный преобразователь Советский патент 1984 года по МПК H03D3/00 

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в уст ройствах приема и обработки узкопоглосных радиосигналов. Известен цифровой квадратурный пр образователь, в котором входной сигнал поступает на два канала, каждый из которых выполнен в виде после довательно соединенных умножителя, фильтра нижних частот и аналого-цифр вого преобразователя, причем на вторые входы умножителей поступает сигнал с выхода генератора опорного нап жения в первом канале непосредственн и через фазовращатель 90°во втором канале . Недостатком данного цифрового ква ратурного преобразователя является н личие двух умножителей, неидентичность параметров которых приводит к образованию ошибок выделения отсчетов квадратурных составляющих сигнал Наиболее близким техническим реше нием к изобретению является цифровой квадратурный преобразователь, содержащий последовательно соединенные входной перемножитель, фильтр нижних частот, временной дискретизатор и переключатель, управляющий вход которого соединен с управляющим входом временного дискретизатора, входом делителя частоты и выходом генератора тактовых импульсов, опорный генератор гармонического сигнала, выход которого подключен к-второму входу перемножителя, а также два канала обработки сигнала, подключенных соответственно к первому и второму выходам переключателя, сумматор во втором канале, выход которого является выходом второго канала, а также дополнительный переключатель, при этом сигнальный и опорный входы перемножителя подключены соответственно к источнику входного сигнала и опорному генератору гармонического сигнала, выход фильтра нижних частот подключен к сигнальному входу временного дискретизатора, вхЬды дополнительного переключателя подключены соответственно к выходам дискретизатора и ге- нератора тактовьгх импульсов, а выходы - к ггорым входам переключателей каждого из каналов обработки сигналов выходы рпверторов которых подключены к вторым входам сумматоров 2. Недостатком известного цифрового квадратурното преобразователя является относительно низкая точность выделения квадратурных составляющих, обусловленная внесением в отсчеты квадратурных составляющих методической ошибки в процессе их формирования. Эта ошибка образуется вследствие наличия временного сдвига выходных отсчетов квадратурных составляющих на величину периода дискретизации поднесущей частоты выгодного сигнала, образующейся в процессе сортировки и инвертирования отсчетов поднесущей частоты. Целью изобретения является повышение точности выделения квадратур. Цель достигается тем, что в цифровой квадратурный преобразователь, содержащий последовательно соединенные входной перемножитель, фильтр нижних частот, временной дискретизатор и переключатель, управляющий вход которого соединен с управляющим входом временного дискретизатора, входом делителя частоты и выходом генератора тактовых импульсов, опорный генератор гармонического сигнала, выход которого подключен к второму входу перемножителя, а также два канала обработки сигнала, подключенных соответственно к первому и второму выходам переключателя, сумматор во втором канале, выход которого является выходом второго канала, введены в первый канал последовательно соединенные первый и второй параллельные регистры, а во второй канал - первый сдвиговый регистр и последовательно соединенные последовательный регистр, и второй сдвиговьм регистр, выход которого подключен к сумматору, выполненному цифровым, второй вход которого подключен к выходу первого сдвигового регистра, при этом выход генератора тактовых импульсов подключен к управляющим входам сумматора, первого и второго сдвиговых регистров, второго параллельного регистра, к первому управляющему входу первого параллельного регистра, второй управляющий вход которого подключен к выходу делителя частоты и второму управляющему входу последовательного регистра, вход которого подключен к второму выходу переключателя, первый выход которого соединен с входом первого параллельного регистра, а выход второго параллельного регистра является выходом первого канала. На фиг.1 приведена структурная электрическая схема предлагаемого цифрового квадратурного преобразователя, на фиг.2 - спектр узкополосного сигнала, на фиг.З - эпюры, поясняющие работу предлагаемого цифрового квадратурного преобразователя. Цифровой квадратурный преобразователь содержит перемножитель 1, опорный генератор 2 гармонического сигнала, фильтр 3 нижних частот, временной дискретизатор 4, переключатель 5, генератор 6 тактовых ttnпульсов, делитель 7 частоты, паралАельные регистры 8 и 9, сдвиговые регистры 10 и 11, последовательный регистр . 1 2 и сутчматор 13. Цифровой квадратурный преобразова тель работает следующим образом. Узкополосный сигнал X(t), описываемый соотношением X(t)rc(t)((t) , (Я где ci(t) , -(t) - соответственно амплитуда и фаза узкополосного сигна ла, поступает на первый вход перемно жителя 1, на второй вход которого с выхода опорного генератора 2 гармонического сигнала поступает сигнал с частотой 5р . Примерный вид спектра S(f 1 узкополосного сигнала X(t) представлен на фиг.2а, где F - ширина спектра входного узкополосного сигна ла представлена на фиг.За. В результ те перемножения входного сигнала и гармонического сигнала опорного- гене ратора 2 гармонического сигнала и последующей фильтрации фильтром 3 нижних частот образуется узкополосный сигнал с поднесущей частотой F fg- f . Значение поднесущей час тоты выбирается таким образом, чтобы спектры преобразованного узкополосно го сигнала X(t) располагались на оси частот так, как показано на фиг.26, т.е. составляющие спектра на положительных и отрицательных частотах не прекрывались бы на нулевой частоте. Сигнал на выходе фильтра нижних частот имеет вид X(((t|cos 2JrF+4{t) . (г) Эпюра сигнала M-t) представлена на фиг.Зб. Ширина спектра сигнала V(-t) (фиг.26) составляет 2РГц, поэтому при его дискретизации для выполнения условия применимости теоремы Котельникова должна производиться с периодом ДТ 1/4F. (3) 1 34 Дискретизация осуществляется временным дискретизатюром 4-, управляемым генератором 6 тактовых-импульсов, импульсы с выхода которого следуют с дискретом 4Е (фиг.Зв). На выходе дискретизатора 4 образуются импульсы, полярность и значения амплитуд которых соответствуют значениям отсчетов сигнала X(i, , взятым с дискретом ДС(фИг.Зг). Дискретный сигнал X (йСп ) учетом выражений (2) и (3) имеют вид Х(,(лГ) п.Ч(,(лГ„). (.-c(4,)(4g sin|n/ (4). где ,1,2,...+ со -5-ПИ51Г,|- ..мать только три значения -1,0,+1, причем . Поэтому, как следует из выражения 4 значения отсчетов функции с точностью до знака совпадают, со значениями искомых отсчетов квадратурных составляющих комплексной огибающей входного узкополосного сигналй p(tj cx(t)co3M(t) . (t)o(tlsinl/(t , а именно: entierl а(лГ„)со5р(лГ)Н) PK)H1 ,ecAu n-четное , «ras № h)Hi K)H) .если п-нечетноа. Таким образом, для выделения отсчетов квадратур р{2плт) и (2п + 1) uf необходимо, во-первых, разделить последовательности импульсов X (ЛСn ) Д последовательности четных и нечетных импульсов и, во-вторых, инвертировать каждый второй импульс соответственно последовательностей четных и нечетных импульсов. Получающиеся при этом отсчеты квадратур р(2Ло|)и (2п IJAfj, как ясно из формулы 6, оказываются сдвинутыми друг относительно друга во времени на величину ut Поэтому для приведения отсчетов квадратур к одному моменту времени необходимо произвести интерполяцию какой-либо одной из по.следовательностей импульсов в середину интервала ее дискретизации. Указанные операции в предлагаемом цифровом квадратурном преобразователе осуществляются временным дискретизатором 4, переключателем 5, параллельными регистрами 8 и 9, сдвиговыми регистрами 10 и 11, :последовательным регистром 12 и сумматором 13, управление работой ко торых производится генератором 6 так товых импульсов и делителем 7 частоты, вырабатывающих необходимые управляющие сигналы. Последовательность отсчетов сигнала X (4Tf ) (фиг.Зв) с выхода времен ного дискретизатора 4 поступает на вход переключателя 5, на вторые входы каждого из которых подаются управ ляющие импульсы с выхода генератора 6 тактовых импульсов (фиг.Зе). Переключаталь 5 осуществлет сортировку отсчетов сигнала четные и- нечетные последовательностей отсчетов (фиг.Зг, з). Последовательность четных отсчетов с выхода переключате ля 5 подается на первый вход параллельного регистра 8, на второй и третий входы которого подаются управ ляющие импульсы соответственно с выходов генератора 6 тактовых импульсов и делителя 7 частоты (фиг.Зе, ж) Последовательность нечетных отсчетов со второго выхода переключателя 5 подается на первые входы первого сдв гового регистра 10 и последовательно го регистра 12, на вторые входы каждого из которых подаются управляющие импульсы с выходов генератора 6 тактовых импульсов, а на третий вход последовательного регистра 12 - с вы хода делителя 7 частоты. Первый сдвиговый регистр 10, второй сдвиговый регистр 11, последо вательный регистр 12 и сумматор 13 обеспечивают изменение знака каждого второго отсчета в последовательности нечетных отсчетов, а также выполнение линейной интерполяции указанной последовательности в середину интервала ее дискретизации. Изменение знака каждого второго отсчета осуществляется в, первом сдвиговом регистре 10 и последовательном регистре 12, обеспечивающих изменение содержания знаковых разрядов указанных регистров, О на 1 или 1 на 0. Линейная интерполяция осуществляется следующим образом. Так как последовательный регистр 12 одновременно играет роль цифровой линии задержки на один отсчет (фиг.Зи) то в первый и второй сдвиговые регистры 10 и 11 осуществляется запись двух соседних отсчетов квадратуры (у (;2 пйТ). В каждом из сдвиговых регистров 10 и 11 осуществляется сдвиг записанных в них чисел на один разряд вправо, что эквивалентно делению их на 2. Эти последовательности отсчетов квадратуры (2пДС)поступают на входы сумматора 13, на выходе которого формируется последовательность отсчетов, каждый отсчет которой соответствует значению интерполяционной оценки, получаемой линейной интерполяцией, отсчетов квадратуры а-(п1 (фиг.Зк) в середину интервала ее дискретизации, т.е. в моменты времени синхронные с моментами времени фиксации отсчетов квадратуры р(), Параллельные регистры 8 и 9 служат для задержки отсчетов квадратуры р(2пЛГ) на два дискрета с целью обеспечения формирования на выходе цифрового квадратурного преобразователя отсчетов квадратурных составляющих р{2пДС) и q;-(2 п л Т) , соответствующих одним и тем же мо- ментам времени (фиг.3д,к). Таким образом, предложенный цифровой квадратурный преобразователь позволяет исключить методическую ошибку, возникающую в процессе формирования квадратурньк составляющих и обусловленную относительным временным сдвигом выходных отсчетов квадратурных составляющих на величину периода дискретизации входного узкоолосного сигнала.

Фиг. 7

ЦИФРОВОЙ КВАДРАТУРНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ, содержащий последовательно соединенные входной перемножитель, фильтр нижних частот, временной дискретизатор и переключатель, управляющий вход которого соединен с управляющим входом временного дискретизатора, входом делителя частоты и выходом генератора тактовых импульсов, опорный генератор гармонического сигнала, выход которого подключен к второму входу перемножителя, а также два кангша .обработки сигнала, подключенных соответственно к первому и второму выходам переключателя, сумматор во втором канале, выход которого является выходом второго канала, отличающийся тем, что, с целью повьшения точности вьщеления квадратур, введены в первый канал последовательно соединенные первый и второй параллельные регистры, а во второй канал первый сдвиговый регистр и последовательно соединенные последовательный регистр и второй сдв гговый регистр, выход которого подключен к сумматору, выполненному цифровым, второй вход которого подключен к выходу первого сдвигового регистра, с S при этом выход генератора, тактовых импульсов подключен к управляющим вхо0} дам сумматора, первого и второго сдвиговых регистров, второго параллельного регистра и к первому управляющему входу первого параллельного регистра, второй управляющий вход которого подключен к выходу делителя частоты и второму управляющему входу последовательного регистра, вход которого подключён к 4; а второму выходу переключателя, первый вход которого соединен с входом пер вого параллельного регистра, а вы00 ход второго параллельного регистра является выходом первого канала.