Устройство для приема сигналов с частотно-фазовой модуляцией Советский патент 1989 года по МПК H04L27/32 

31499523

Изобретение относится к радиотех- нике, может найти применение в высокоскоростных радиосистемах цифровой связи и является усовершенствованием изобретения по авт.св. № 1262744.

Целью изобретения является повышение помехозащищенности.

На фиг. 1 изображена структурно- электрическая схема устройства; на 10 фиг. 2 - структурно-электрическая схема адаптивного фильтра; на фиг.3 - структурно-электрическая схема ана- Лйаатора.

Устройство содержит частотный де- 15 тектор 1, первьй интегратор 2, первый аналого-цифровой преобразователь .(АЦП) 3, первый коммутатор 4, ре- жекторный 5, адаптивный 6 и перестраиваемый 7 фильтры, анализатор 8, ши- 20 рокополосньш усилител-ь 9, линию 10 задержки, блок 11 вычитания, второй коммутатор 12, блок 13 вьщеления несущей, генератор 14 частот, ключ 15, фазовый детектор 16, второй ин- тегратор 17 и второй АЦП 18, причем адаптивный фильтр 6 содержит первьш перемножитель 19,- интегратор 20 и второй перемножитель 21, анализатор 8 содержит блок 22 сравнения, сумма- 30 тор 23 и в каждом канале полосовой фильтр 24, компаратор 25 и усилитель 26 постоянного тока.

Устройство работает следующим образом,. 35

Входное воздействие U(t) одновременно подается на вход всех М полосовых фильтров 24 анализатора 8. Полосы пропускания этик фильтров не перекрываются, но в совокупности по-.40 лосы пропускания фильтров 24 пере- крьшают всю полосу частот uf, в которой изучается сигнал, т.е.

bf;nbfj Ф;- U; j; i,j l,m, 45

«чем

.Д , (1)

причем m

. .

- полоса пропускания 1-го полосового фильтра 24; m - количество полосовых фильтров 24; д - пачоса частот, в которой

изучается сигнал. Полосы пропускания частот Л ;полосовых фильтров 24 выбираются так, что обеспечивается вьтолнение услоВИЯ постоянства отношения дл.я каждого из фильтров

N.

const (i),

(2)

где Р.,()-энергия сигнала, попадающего в полосу пропускания 1-го полосового фильтра 24; N - мош.ность сосредоточенной

по спектру помехи заданного уровня.

Необходимое количество полосовых фильтров 24 выбирается из условия

- .

(3)

где Afj-cn полоса частот, в которой действует сосредоточенная по спектру помеха.

Вьтолнение условия (3) позволяет подавить сосредоточенную по спектру помеху -в максимальной степени и минимизировать энергетические потери плезного сигнала S(t) и его потери .а счет искажений.

Выход каждого полосового фильтра 24 соединен с сигнальным входом отдельного компаратора 25 соответственно. Если на входе устройства сосредоточенная по спектру помеха отсутствует, то на выходах всех компараторов 25 будет напряжеш-Je соответствующее логическому О. При появлении сосредоточенной по сп.ектру помехи в Прлосе частот какого- либо фильтра 24 его выходное напряжение Ujpi превышает порог срабатывания-Upop соответствующего компаратора (причем ирро одинаково для .всех /компараторов 25) и на выходе этого KONOiapaTOpa 25 появляется выходное напряжение , соответствующее логической 1. Усилители 26 постоянного тока .настраиваются так, что при появлении на их входах напряжения U|.;, соответствующего логической 1 их выходные напряжения Uypp; меняются от ид,,ц „усилителя постоянного тока с минимальным порядковым номером до .усилителя постоянного тока с максимальным порядковым номером, мия мвкс .минимальное и максимальное допустимые напряжения, которые необходимо подавать на управляющий вход режекторного фильтра 5 и на управляющий вход перестраиваемого фильтра 7 для перестройки центральных частот fg и о этик фильтров

соответственно. Для остальных усилителей постоянного тока, имеющих порядковые номера / 1 т, выходные напряжения Uupp , удовлетворяют условию имцн и пр; и,„1сс, причем i ф УМИН учрпГ ; и мин 0; UMBKC 0; ; иупр;„- Uunpi UU; U Е 1; m-1. (4)

Выход каждого усилителя 26 постоянного тока подключен к отдельному входу М-входового сумматора 23 для развязки выходов усилителей 26 постоянного тока. Коэффициент передачи по напряжению М-входового сумматора 23 выбирается равным .единице. Напряжение с выхода сумматора 23 .подается на управляющие входы режектор- ного 5 и перестраиваемого 7 фильтров.

Выход каждого компаратора 25 подключен к отдельному входу М-входового блока 22 сравнения. При появлении сосредоточенной по спектру помехи, на входе устройства на выходе соответствующего компаратора 25 появляется напряжение U «; , соответствующее логической 1. Напряжение, соответствующее логической 1, с второго выхода анализатора 8 поступает на управляющий вход первого коммутатора 4 и на второй вход второго коммутатора 12.

Режекторный фильтр 5 осуществляет подавление сосредоточенной по спектру помехи, частота которой совпадает с частотой fg настройки моста Вина режекторного фильтра 5. На сигнальный вход режекторного фильтра 5 подается входное воздействие U,(t). Сосредоточенная по спектру помеха, частота которой совпадает с частотой настройки моста Вина f, режекторного фильтра 5 (значение этой частоты определяется напряжением Uuf,p; с выхода анализатора 8), подавляется этим -режекторным фильтром 5 и очищенный от сосредоточенной по спектру помехи сигнал

Ui(t) S(t) + h(t) (5)

поступает на второй вход первого коммутатора 4 и далее с его выхода на вход частотного детектора 1.

Перестраиваемый фильтр 7 выделяет полосу частот, занятую сосредоточенной по спектру помехи, при этом в полосу попадает и часть полезного сигнала. Ширина полосы прозрачности „

0

5

0

5

0

перестраиваемого фильтра 7 и положение этой полосы на частотной оси f выбирается таким образом, что максимизируется отношение помеха - сигнал в этой полосе частот 4 .Центральная частота настройки f перестраиваемого фильтра 7 совпадает с частотой сосредоточенной по спектру помехи.

При появлении сосредоточенной по спектру помехи в зависимости от ее частоты на выходе анализатора 8 появляется положительное или отрицательное напряжение мр.; строго определенной величины.

Выделенная перестраиваемым фильтром 7 сосредоточенная по спектру помеха поступает на сигнальный вход адаптивного фильтра 6.

Сигнал на входе адаптивного фильтра 6 можно представить в виде

Uj(t) M(t)+S,(t)+h(t), (6)

где S (t) - часть полезного сигнала S(t), попавшая в полосу пропускания д f перестра- ваемого фильтра 7.

Выходной сигнал адаптивного фильтра 6 имеет вид

Z(t) W(t) . Uj(t),

(7)

5

0

5

0

5

где W(t) - изменяемая во времени импульсная характеристика адаптивного фильтра 6. При воздействии сигнала ошибки с выхода широкополосного усилителя 9 E(t) ка управляющий вход адаптивного фильтра 6 передаточная функция W(t) последнего изменяется так, что в блоке 11 вычитания обеспечивается оптимальное (по критерию минимума сред- неквадратической ошибки) подавление сосредоточенной по спектру помехи во входном воздействии U,(t).Действительно, совокупность из последовательно соединенных первого перемножителя 19 и интегратора 20 адаптивного фильтра 6 образует коррелятор, выходной отклик которого Z(t) характеризует степень линейной стохастической взаимосвязи между воздействием U(t) на сигнальном (т.е. с выхода перестраиваемого фильтра 7) и управляющем и(с) (т.е. с выхода широкополосного усилителя 9) входах адаптивного фильтра 6. Этим и обеспечивается формирование выходного

сигнала Z(t) адаптивного фильтра 6, в максимальной степелш похожего на подавляемую сосредоточенную по скегчТру помеху (а значит, и ее подавление Б блоке 11 вычитания).

При этом можно показать, что

lim Z(t)lim W(t ).U5Ct)M(t). (8 t i

TaKHi i образ ом s адаптивный фильтр 6 учитывает .и устраняет до блока 11 вычитания возможные различия характеристик при прохождении сосредоточенной по спектру помехи от входа устройства через линию 10 задержки до иеинвертирующего входа блока 11 вычитания и от входа устройства через анализатор 8, перестраиваемый фильтр 7 и адаптивньгй фильтр 6 до инвертирующего входа блока 11 вычита

НИИ ,

Кроме того, необходимо устранить сосредоточенную по спектру помеху, претерпевшую частотно-селективные ИС каженяя в линии 10 задержки с практически неизбежной дисперсионностью ее характеристик. Адаптивный фильтр 6 также позволяет устранять влияние изменения характеристик сосредоточен ной по спектру помехи во времени (по скольку предполагается,, что параметры сосредоточенной по спектру помехи изменяются медленнее, чем параметры самого сигнала, которьй по условию является сутдественно более широкопо- лоснь м по сравнению с подавляемой сосредоточенной по спектру помехи.

,Иа иеинвертирующий вход блока 11 вьз1И1тапия поступает через линию 10 - задержки входное воздействие U(t), а на инвертирующий вход - сигнал с выхода адаптивного фильтра 7 Z(t:). Следует, что выходной сигнал блока 11 зычитаиия UyCt) можно представить в пиде

U5(t;) J,(t)-Z(t)S(t)H-M(t)(t}-Z(t;). . (9)

Адаптивный 6 настраивается таким образом чтобы миниг-1Изировать мощность PU-. Отсюда следует, что ьшникизируется мощность разности Р,;;. В этом выходной сигнал адаптивного фильтра 6 Z(t) является наилучшей оценкой сосредоточенной по спектру помехи в смысле .минимума среднеквадратической ошибки.

Шумы h(t), не коррелированные с сосредоточенной по спектру помехой.

5238 остаются нескомпенсированными. Сигнал S(t) проходит на выход блока 11 вычитания практически без искажения, так как передаточная функдия для сигнала равна единице.

Для минимизатдии искажений сигнала S(t) необходимо повышать отношение сигнал/шум

h,

St

M(c)+h(t)

(10)

15

на неинвертирующем входе блока 11 вычитания и уменьшить отношение сигнал/шум

ь -Si(t) г M(t)+h(t)

(11)

20

30

на сигнальном входе адаптивного

фильтра 6. .

Таким образом, если сосредоточенная по спектру помеха присутствует, то очищенный сигнал и„(г) с выхода

г режекторного фильтра 5 через второй вход первого коммутатора 4 поступает на вход частотного детектора 1, а очищенный сигнал Uc-(t) с выхода блока 11 вычитания через второй вход второго коммутатора 12 поступает на вход блока 13 выделения несущей и на первый вход фазового детектора 16. Если сосредоточенная по спектру помеха отсутствует, то входное воздействие и (t) с входа устройства через

35 второй вход частотного детектора 1 и это же входное воздействие U(t) с вькода линии 10 задержки через первый вход второго коммутатора 12 поступает на вход блока 13 выделения

несущей и на первый вход фазового детектора 16. На выходе частотного де- тектЪра 1 по результатам приема эле:- мента сигнала S(t) за тактовый интервал времени формируется напряже IS кие , которое является функцией отклонения значения мгновенной средней частоты принятого элемента сигнала ((, от частоты настройки частот-, ного детектора 1

50 ицв F , (f,- ц). (12) Данное напряжение Uq интегрируется за время тактового интервала первым интегратором 2, выходное напряжение которого равно

. Uni (t) - - j ,(t)dt, (13)

л,о

1 де с - постоянная времени интегратора.

Напряжение U, (t) с выхода первого интегратора 2 поступает на вход первого АЦП 3, который преобразует данное напряжение 0, (t) в код, соответствующий мгновенной средней частоте f 1 принятого текущего элемента сигнала S|(t), который и выдается на выход устройства.

Линия 10 задержки производит задержку входного воздействия на время Са, равное длительности обработки одного элемента сигнала S,(t) с момента поступления его на вход устройства до момента вьщачи решения о частоi e f данного элемента сигнала |SK(t) в виде кода с выхода первого АЦП 3. В блоке 13 вьщ,еления несущей опорная частота f.g подстраивается под мгновенную среднюю частоту f (

сигнала S,,(t) лишь в моменты поступ к

ления элементов сигнала Sjj(t) с частотой fonft 5- Опорный сигнал Son,к частотой f. с выхода блока 13 выделения несущей поступает на вход генератора 14 частот, который преобразует данный сигнал S{(t) во .множество опорных сигналов (t) . Каждый опорный сигнал 8 к ° дельного выхода генератора 14-частот поступает на соответствующий сигнальный вход ключа 15, где под действием кода, содержащего ир1формацию о мгно- средней частоте f, принятого элемента сигнала ), производится коммутация k-ro сигнального входа соответствующего данной частоте, на выход ключа 15. Опорный сигнал S 1 (t), центральная частота которого равна мгновенной средней частоте f принятого элемента сигнала S|(t) с выхода ключа 15 поступает на второй вход фазового детектора 16, на первый вход которого поступает задержанный на время текущий элемент сигнала S,(t). На выходе фазового детектора 16 формируется напряжение U(pp, являющееся функцией разности

фаз поинятого S.,(t) и опорного

I

) -сигналов:

(14)

Р,().

Напряжение ифд интегрируется вторым интегратором 17 и поступает на вход второго АЦП 18, которьш- преобразует его в код, соответствующий фазе принятого элемента сигнала S,(t). Дальнейшая работа устройства для приема сигналов с частотно-фазо10

15

0

5

0

5

0

5

0

5

вой модуляцией происходит аналогично описанному щ-1клу приема одного элемента сигнала S|((t).

Устройство предназначено для устранения влияния на вход частотного детектора 1 и на вход фазового детектора 16 только одной сосредоточенной по спектру помехи.

Если на вход устройства воздействуют несколько сосредоточенных по спектру помех одновременно, то необходимо иметь несколько режекторньпс фильтров, такое же число анализаторов, перестраиваемых фильтров и адаптивных фильтр.ов, т.е. схема допускает обобщение.

Если используется один адаптивньш фильтр, а на ВХОД устройства одновременно воздействует несколько сосредоточенных по спектру.помех, то в устройстве подавляется самая мощная из них или (в случае равенства их мощности) первая проявившаяся либо любая (т.е. произвольная).

к

Формула изобретения

1. Устройство для приема сигналов с частотно-фазовой модуляцией по ав Б.св. № 1-262744, отличающееся тем, что, с целью повышения помехозащищенности, введены анализатор, первьЕ коммутатор, режектор- ный фильтр, блок вычитания, широкополосный усилитель, второй коммута- .тор и последовательно соединенные перестраиваемьш фильтр и адаптивньй фильтр, причем вход линии задержки через первьш коммутатор подключен к входу частотного детектора, выход линии задержки через второй коммутатор подключен к входу блока вьиеления несущей, вход линии задержки соединен с входом анализатора и сигнальным входом режекторного фильтра, выход которого подключен к второму входу первого, коммутатора, первьп выход анализатора подключен к управляющим входам режекторного и перестраиваемого фильтров, второй выход анализатора подключен к второму входу второго коммутатора и третьему входу первого коммутатора, выход линии задержки подключен к сигнальному входу перестраиваемого фильтра и неинверти- рующе «- у входу блока вычитания, инвертирующий вход которого соединен с выходом адаптивного фильтра, а выход

блока вычитания подключен к третьему входу второго коммутатора непосредственно и к управляюв1ему входу адаптивного фильтра через широкополосный усилитель.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что адаптивный фильтр содержит последовательно соединенные первьй перемножитель, ин- тегратор и второй перемножйтель, второй вход которого соединен с первым входом первого перемножитёля и явля- .ется сигнальным входом адаптивного фильтра, управляющим входом и вько- дом которого являютс я соответственно второй вход первого и выход второго перемножителей.

3. Устройство по п. 1 чающееся тем, содержит блок сравнения,

что

о т л и- анализатор сумматор и

в каждом канале - последовательно соединенные полосовой фильтр, .компаратор и усилитель постоянного тока, причем выходы компараторов всех каналов подключены к входам блока сравнения, выходы усилителей постоянного тока всех каналов - к входам сумматора, выход которого является первым выходом анализатора, вторым выходом и входом которого являются соответственно выход блока сравнения и объединенные входы полосовых фильтров.

Изобретение относится к радиотехнике. Цель изобретения - повышение помехозащищенности. Устройство содержит частотный детектор 1, интеграторы 2 и 17, АЦП 3 и 18, коммутаторы 4 и 12, режекторный фильтр 5, адаптивный ф ильтр 6, перестраиваемый фильтр 7, анализатор 8, широкополосный усилитель 9, линию задержки 10, блок 11 вычитания, блок 13 выделения несущей, г-р 14 частот, ключ 15 и фазовый детектор 16. Цель достигается путем устранения влияния на входы частотного 1 и фазового 16 детекторов сосредоточенной по спектру помехи. Устройство по пп. 2 и 3 ф-лы отличается выполнением адаптивного фильтра 6 и анализатора 8. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.