Устройство для корреляционного приема фазоманипулированных сигналов с подстройкой частоты Советский патент 1986 года по МПК H04L27/227 

Изобретение относится к электросвязи и может быть использовано в системах передач дискретной информации.

Цель изоберетения - повышение помехоустойчивости.

На фиг. 1 изображена структурная электрическая схема устройства; на фиг. 2-4 - .эпюры напряжений, поясняющие работу устройства.

Устройство для корреляционного приема фазоманипулированных сигналов с подстройкой часто.ты содержит первый перемножитель

1синфазного канала, первый перемножитель

2квадратурного канала, делитель 3 частоты, фазовращатель 4 на 90°, интегратор 5 син. фазного канала второй перемножитель 6 синфазного канала, интегратор 7 квадратурного канала, второй перемножитель 8 квадратурного канала, первый сумматор 9, усилитель-ограничитель 10, декодер И, третий перемножитель 12 синфазного канала, третей перемножитель 13 квадратурного канала анализатор 14 сигналов, ключ 15 синфазного канала, ключ 16 квадратурного канала, первый и второй сглаживающие фильтры 17 и 18 синфазного канала, первый и второй сглаживающие фильтры 19 и 20 квадратурного канала, задающий генератор 21, формирователь 22 управляющего сигнала, первый электронный переключатель 23, аналого-цифровой преобразователь 24, блок 25 электронных переключателей, второй сумматор 26, первый и второй регистры 27 и 28 сдвига, первый вычитатель 29, первый умножитель 30, третий и четвертый регистры 31 и 32 сдвига, второй вычитатель 33, второй ум.- ножитель 34, электронный распределитель 35, блок элементов И 36, формирователь 37 сетки низких частот, элемент ИЛИ 38, второй электронный переключатель 39.

Работа устройства для фазоманипулированных сигналов с двумя боковыми полосами частот (ФМ ДБП) происходит следующим образом.

Режим работы - установившийся (без воздействия автоподстройки частоты).

Фаэоманипулированный сигнал поступает на первые входы перемножителей 1 и 2 синфазного и квадратурного каналов, на вторые входы которых подано опорное колебание от делителя 3 частоты, частота которого CD равна частоте несзтцей СО ц принимаемого сигнала или отличается от нее на величину (), а фаза случайна. Напряжение с делителя 3 частоты, поданное на перемножитель 2 квадратурного канала, сдвинуто по фазе на 90° с помощью фазовращателя 4 Напряжение на выходах перемножителей 1 и

25

2 синфазного и квадратурного каналов пропорционально скалярному произведению принимаемого сигнала и сигнала опорного колебания или сигнала опорного колебания, 5 сдвинутого по фазе на 90.

Частота колебания задающего генератора 21 равна

«о-

где COjj - номинальная частота опорного ко- 0лебания, которая равна номиналу

частоты несущего колебания ФМ сигнала; П - коэффициент деления делителя 3

частоты. .

15 Сигнал ФМ ДБП может быть представлен в виде R (t) cos со н t , где R (t) . - огибающая входного сигнала.

На фиг. 2 даны эпюры напряжений устройства применительно к огибающей R (t), в 20 зависимости от угла взаимной расстройки фаз несущего и опорного колебаний, т. е.

(co,-u), где tf - фазовая задержка.

В синфазном подканале сигнал с выхода перемнржителя 1 синфазного канала проходит через интегратор 5 синфазного канала, производящий оптимальную фильтрацию (фиг. 2 а) после чего попадает на перемножитель 6 синфазного канала. В квадратурном подканал

принимаемый сигнал обрабатывается идентичным образом с помощью интегратора 7 квадратурного канала (фиг. 26), перемножителя 8 квадратурного канала. Напряжения с выходов перемножителей 6 и 8 синфазного и

35 квадратурного каналов объединяются сумматором 9 и декодируются декодером 11.

осуществления сопряжения выходных напряжений обоих подканалов служат перемнжители 12 и 13 синфазного и квадратурного

40 каналов. Знаки их выходных напряжений положительны при совпадении знаков напряжений .соответствующих подканалов с суммарным и отрицательны при несовпадении (фиг. 2 в, г). .

45 .

Выходной сигнал сумматора 9 подается на перемножители 12 и 13 синфазного и квадратурного каналов через усилитель-ограничитель 10. Напряжения с выходов перемно

® жителей 12 и 13 синфазного и квадратурного каналов усредняются с помощью сглаживающих фильтров синфазного 17 и 18 квадратурного 19 и 20 каналов. Напряжение на выходе сглаживающего фильтра 17 синфаз55 ного канала имеет вид постоянного тока, его амплитуда пропорциональна косинусу разности фаз несущей ФМ сигнала у „и опорного . колебания о . Это напряжение подается на

второй вход перемножителя 6 синфазного канала. Модуль напряжения, на выходе перемножителя 6 синфазного канала пропорционален мощности принимаемого сигнала, умноженного на квадрат косинуса взаимной расстройки фаз (сОц -Сйо) 1 + Ср (фиг. 2д)

В квадратурном подканале далее принимаемый сигнал- обрабатывается идентичным образом с помощью перемножителя 13 квадратурного канала 13, сглаживающего фильтра 19 квадратурного канала, с той лишь разницей, что напряжение на выходе перемножителя 8 квадратурного канала пропорционально мощности принимаемого сигнала, заноженной на квадрат синуса взаимной расстройки фаз (Мц+ C0g)t +cf (фиг. 2е).

Напряжения на выходах сглаживающих фильтров 17 и 19 синфазного и квадратурного каналов согласованы по времени с поведением R (t ) в подканалах (фиг, 2). Тогда на выходе сумматора 9 пол)П1ают полную мощность огибающей R (i) (фиг.2ж), независящую от (о) - Ыд) Ч Работа предлагаемого устройства при воздействии на частоту опорного колебания и при установивщемся режиме происходит сле- дзтощим образом,

Из эпюр (фиг. 2в,г) можно заключить, что частота и фаза напряжений на выходах сглаживающих фвдьтррв 17 и 19 синфазного и квадратурного каналов несут полную информацию о взаимной расстановке частот СОц и СОо с точностью до знака частоты. Это должно быть использовано для автоматической подстройки частоты опорного колебания,

Напряжения с выходов сглаживающих фильров 17 и 19 синфазного и квадратурного каналов подаются через первый электронный переключатель 23 на вход аналого-цифрового преобразователя (АЦП) 24, который производит квантование по времени и амплитуде подаваемых напряжений, преобразование значени напряжения в момент квантования в парал- лельный код и выдает его на блок 25 электронных переключателей. Электронный переключатель 23, по сигналу с электронного распределителя 35, поочередно коммутирует входные напряжения на вход АЦП 24..Кодовые комбинации с АЦП 24 коммутируются для записи на регистры 27 и 32 сдвига блоком 25 электронных переключателей, управляемых сигналом с электронного распределителя 35, Соблюдается жесткое соответствие того, что код напряжения сглаживающего фильтра 17 синфазного канала записывается на рюгистр 27 сдвига, а код напряжения сглаживающего фильтра 19 квадратурного канала - на регистр 32 сдвига.

Обработка напряжений с выходов сглаживающих фильтров 17 и 19 синфазного и квадратурного каналов с целью получения значе1шя характеристики частотной дискриминации поясняется в аналоговом виде (фиг, 3). Кодовые комбинации на регистрах 27 и 32 сдвига отображаются соответственно (фиг, За,б). Кодовые комбинации с регистров 27 и 32 сдвига переписьюаются в следующем

такте на регистры 28 и 31 сдвига соответственно. На первом 29 и вторсгм 33 вычитате- лях вычисляются кодовые комбинации разности напряжений в соседних тактах, т, е. напряжений с выходов сглаживающих филътров 17 и 19 синфазного и квадратурного каналов (фиг, Зв,г), Полученные кодовые, комбинации напряжений крутизны умножаются в умножителях 30 и 34 на кодовые комбинации напряжений с выходов регистров 27

и 32 сдвига перекрестным образом (фиг.Зд.е), По результатам умножения во втором сумматоре 26 вычисляется разность (фиг. Зж), которая представляет собой кодовое значе.ние характеристики частотной дискриминации на

конкретной частоте рассинхронизации, В определенном диапазоне частот рассинхронизации, эта характеристика пропорциональна частоте рассинхрониэации, поскольку в ее основу положена крутизна напряжения частоты рассинхронизации, она также зависит от знака частоты рассинхронизации.

На электронный переключатель 23 поступает импульсная последовательность со скважностью 2 и низкой частотой (частотой квантования напряжений с выходов сглаживающих

фильтров 17 и 19 синфазного и квадратурного каналов (фиг. 4а),

В пределах первого полупериода АЦП 24 вырабатывает кодовое значение напряжения с выхода сглаживающего фильтра 17 синфазного

канала (фиг, 46), в пределах второго полупериода - кодовое значение напряжения с выхода сглаживающего фильтра 19 квадратурного канала (фиг, 4в), С помощью узкого импульса (фиг. 4г) через блок 25 электронных переключателей кодовая комбинация (фиг. 46) переписывается в регистр 27 сдвига, С помощью узкого импульса (фиг, 4д) кодовая комбинация (фиг, 4в) переписывается в регистр 32 сдвига. В регистрах 27 и 31 сдвига

кодовые комбинации хранятся один период частоты квантования (фиг,4е,ж), далее содержание обновляется.

Сумматор 26 управляет работой блока элементов И 36, на вторые входы которого поступают импульсы низких частот с формирователя 37 сетки низких частот. Частоты по выходам формирователя 37 сетки низких частот распределены по двоичному закону, причем отсутствует совпадение во времени импульсов одной последовательности с импульсами другой последовательности.

Выходь блока элементов И 36 объединены с помощью многовходового логического элемента ИЛИ 38, на выходе которого в зависимости от эначиости кода с сумматора 26 в пределах F 2 может быть синтезирована любая частота с шагом F, где F - минимальная частота сетки частот. Эта частота через электронный переключатель 39 поступает двумя входами на формирователь 22 управляющего сигнала. По втормоу входу формирователь 22 управляющего сигнала добавляет в импульсную последовательность задающего генератора 21 импульсы синтезируемой последовательности с выхода элемента ИЛИ 38, назьшаемые импульсами добавления. По третьему входу формирователь 22 управляющего сигнала вьиитает из импульсной последовательности задающего генератора 21 ту же последовательность импульсов, называемых импульсами исключения.

Управление электронным переключателем 39 на добавление или исключение осуществляется по первому входу, со стороны второго сумматора 26, на который поступает сигнал знака кодовой комбинагши. Импульс добавления вызьшает смещение фазы опорного колебания с выхода делителя 3 частоты на в сторону опережения, а импульс исключения - в сторону отставания. Регулирование частоты опорного колебания в целом направлено на то, чтобы снизить («„ - -СОд), что позволяет взять более узкую поло-,, су Частот сглаживающих фильтров 17 и 19 синфазного и квадратурного каналов. Для эффективности работы устройства в целом полоса частот сглаживающих фильтров 17 и 19 синфазного и квадратурного каналов должна быть согласована с частотой квантования по времени АЦП 24, а также с числом разрядов кода АЦП 24.

Использование предлагаемого устройства обеспечивает нормальную работу в установившемся режиме, в определенной области частот рассинхронизации. В устр йстве обеспечивается режим схватывания автоподстройки частоты, характеризующий работу в переход- йом режиме. С этой целью анализатором 14

анализатор 14 сигналов вьщает на ключи 15 и 16 синфазного и квадратурного каналов напряжение, соответствующее градации качества работы устройства Плохо. При этом ключи 15 и 16 синфазного и квадрату ного каналов переходят в открытое состояние, вводятся в работу щирокополосные сглаживающие фильтры 18 и 20 синфазного и квадратурного каналов, за счет которых

Q обеспечивается режим установления, т. е. происходит вхождение устройства сначала в режим корреляционного приема, а затем в режим подстройки частоты. Как только п реходный процесс завершается, устройство

.- входит в режим приема информации. Анализа тор 14 сигналов выдает напряжение, соответ ствующее градации качества сигнала Хорош Ключи 15 и 16 синфазного и квадратурного каналов выключают сглаживающие фильтры 18 и 20 синфазного и квадратурного каналов. Устройство продолжает работать с узкополосной фильтрацией сглаживающими фильтрами 17 и 19 синфазного и квадратур го каналов. Частота опорного колебания

22 поддерживается близкой частоте несущего к лебания ФМ сигнала.

20

30

35

4Q

45

Формула изобретения

Устройство для корреляционного приема фазоманипулированных сигналов с подстройкой частоты, содержащее задающий генератор, первый перемножитель синфазного кана ла, первый вход которого соединен с первы входом первого перемножителя квадратурно го канала, второй вход которого подключен к выходу фазовращателя на 90, вход кото рого соединен с вторым входом первого перемножителя синфазного канала, выход которого подключен к интегратору синфазно канала, выход которого соединен с первым входом второго перемножителя синфазного канала, выход первого перемножителя квадр турного канала соединен с входом интегратора квадратурного канала, выход которого подключен к первому входу второго перемножителя квадратурного канала, первый сумматор, выход которого соединен с входом декодера и с входом усилителя-огранич теля, выход которого соединен с первым

сигналов коммутируются сглаживающие филь- 50 входом третьего перемножителя синфазного тры 18 и 20 синфазного и квадратурного каналов с шириной полосы частот, превышающей (СО.. - СОд) на величину частоты возможного ухода опорного колебания в момент включения, вызванного неопределенностью состояния частотной подстройки,

В момент включения устройства или срьша установившегося режима (пропадание сигнала)

канала, с первым входом третьего перемнож теля квадратурного канала и с входом анализатора сигналов, выход третьего перемножителя синфазного канала соединен с входо 55 первого сглаживающего фильтра синфазного канала, выход третьего перемножиютя квадратурного канала соединен с входом первог сглаживающего фильтра квадратурного канал

217626

анализатор 14 сигналов вьщает на ключи 15 и 16 синфазного и квадратурного каналов напряжение, соответствующее градации качества работы устройства Плохо. При этом ключи 15 и 16 синфазного и квадратурного каналов переходят в открытое состояние, вводятся в работу щирокополосные сглаживающие фильтры 18 и 20 синфазного и квадратурного каналов, за счет которых

Q обеспечивается режим установления, т. е. происходит вхождение устройства сначала в режим корреляционного приема, а затем и в режим подстройки частоты. Как только переходный процесс завершается, устройство

.- входит в режим приема информации. Анализатор 14 сигналов выдает напряжение, соответствующее градации качества сигнала Хорошо. Ключи 15 и 16 синфазного и квадратурного каналов выключают сглаживающие фильтры 18 и 20 синфазного и квадратурного каналов. Устройство продолжает работать с узкополосной фильтрацией сглаживающими фильтрами 17 и 19 синфазного и квадратурного каналов. Частота опорного колебания

22 поддерживается близкой частоте несущего колебания ФМ сигнала.

20

0

5

Q

5

Формула изобретения

Устройство для корреляционного приема фазоманипулированных сигналов с подстройкой частоты, содержащее задающий генератор, первый перемножитель синфазного канала, первый вход которого соединен с первым входом первого перемножителя квадратурного канала, второй вход которого подключен к выходу фазовращателя на 90, вход которого соединен с вторым входом первого перемножителя синфазного канала, выход которого подключен к интегратору синфазного канала, выход которого соединен с первым/ входом второго перемножителя синфазного канала, выход первого перемножителя квадратурного канала соединен с входом интегратора квадратурного канала, выход которого подключен к первому входу второго перемножителя квадратурного канала, первый сумматор, выход которого соединен с входом декодера и с входом усилителя-ограничителя, выход которого соединен с первым

входом третьего перемножителя синфазного

канала, с первым входом третьего перемножителя квадратурного канала и с входом анализатора сигналов, выход третьего перемножителя синфазного канала соединен с входом первого сглаживающего фильтра синфазного канала, выход третьего перемножиютя квадратурного канала соединен с входом первого сглаживающего фильтра квадратурного канала,,

отличающееся тем, что, с целью повышения помехоустойчивости, введены второй сглаживающий фильтр синфазного канала, второй сглаживающий фильтр квадратурного канала, ключи синфазного и квадратурного каналов, второй сумматор, два электронных переключателя, блок электронных переключателей, аналого-цифровой преобразователь, четыре регистра сдвига, два вычитателя, два умножителя, формирователь сетки низких частот, блок элементов И, элемент ИЛИ, формирователь управляющего сигнала, делитель частоты и электронный распределитель, первый выход которого соединен с первым входом первого электронного переключателя, выход которого через аналого-цифровой преобразователь подключен к первому входу блока электронных переключателей, первый выход которого через первый регистр сдвига подключен к первому входу первого вычитателя, к первому входу первого умножителя и к входу второго регистра сдвига, выход которого соединен с вторым входом первого вычитателя, выход которого соединен с первым входом второго умножителя, выход которого соединен с первым входом второго сумматора, второй вход которо- :го соединен с выходом первого умножителя, второй вход которого подключен к выходу второго вычитателя, первый вход которого соединен с выходом третьего регистра сдвига, вход которого подключен к второму входу второго умножителя, к второму входу второго вьиитателя и к выходу четвертого регистра сдвига, вход которого подключен к второму выходу блока электронных переключателей, второй вход которого соединен с вторым

10

15

21762 ..8

выходом электронного распределителя, сигнальные выходы второго сумматора соединены с первыми входами блока элементов И, вторые входы которого подключены к выходам фор- 5 мирователя сетки низких частот, вход которого подключен к входу фазовращателя на 90 и к выходу делителя частоты, вход которого соединен с выходом формирователя управляющего сигнала, первый вход которого соединен с выходом задающего генератора, знаковый выход второго сумматора соединен с первым входом второго электронного переключателя, второй вход которого подключен к выходу элемента ИЛИ, входы которого соединены с выходами блока зле- ментов И, первый и второй выходы второго электронного переключателя подключены соответственно к второму и третьему входам формирователя управляющего сигнала, выход 2Q анализатора сигналов подключен к первь1М входам ключей синфазного и квадратурного каналов, выходы которых соединены с входами вторых сглаживающих фильтров соответственно синфазного и квадратурного каналов, выходы которых подключены соответственно к второму и третьему входам первого электронного переключателя, к выходам первых сглаживающих фильтров соответственно синфазного и квадратурного каналов и к вторым входам вторых перемножителей соответственно синфазного и квадратурного каналов, выходы которых соединены соответственно с первым и вторым входами первого сумматора, выходы интеграторов синфазного и квадратурного каналов подключены к вторым входам третьих перемножителей соответственно синфазного и квадратурного каналов.

25

30

35

Изобретений относится к электросвязи и может быть использовано в системах передачи дискретной информации. Изобретение повышает помехоустойчивость. Устройство содержит три перемножителя 1,6,12 синфазного канала (СК), три перемножителя 2, 8, 13 квадратурного канала (КК), делитель 3 частоты, фазовращатель на 90 4, интегратор 5 синфазного канала, интегратор 7 квадратурного канала, два сумматора 9 и 26, усилитель-ограничитель 10, декодер 11, анализатор 14 сигналов, ключ СК 15, ключ КК 16, два сглаживающих фильтра СК 17 и 18; два сглаживающих фильтра КК 19 и 20, задающий генератор 21, формирователь 22 управ.ч- ляющего сигнала, два злектронных переключателя (ЭП) 23 и 39, АЦП 24, блок ЭП 25, четыре регистра сдвига 27, 28, 31, 32, два вычитателя 29 и 33, два умножителя 30 и 34, злектронный. распределитель 35, блок 36 злементов И, формирователь 37 сетки низких частот, злемент ИЛИ 38. Цель достигается введением сглаживающего фильтра СК 18, сглаживающего фильтра КК 20, ключа СК 15, ключа КК 16, сумматора 26, двух злектронных переключателей 23, и 39, блока ЭП 25, АЦП 24, четырех регистров сдвига 27, 28, 31, 32, двух вычитателей 29 и 33, двух ум ножителей 30 и 34, формирователя 37 сетки низких частот, блока злементов И 36, злемен- та ИЛИ 38, формирователя 22 управляющего сигнала, делителя 3 частоты, злектрон- ного распределителя 35. 4 ил.

(if

У/г rff

( ()

fUf.t

Редактор ti Касарда

Составитель О, Геллер

Техред Л. .Олейник Корректор А. Обручар

1621/60

Тираж 624Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035,-Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

фиг.З