Многоканальный фазовый демодулятор Советский патент 1990 года по МПК H04L27/22 

Фиг.1

Изобретение относится к технике связи и может быть использовано при построении систем передачи и приема информации с фазоразноотной модуля- , иней.

Цель изобретения - повышение точности.

На фиг. 1 представлена функциональная схема многоканального фазового JQ демодулятора , на фиг. 2 - принципиаль ная электрическая схема полосового фильтра; на фиг. 3 - функциональная схема блока синхронизации; на фиг. 4- функциональная схема блока управления 15 и блока вычисления дискретного преобразования Фурье; на фиг. 5 - функциональная электрическая схема решающего блока; на фиг. 6 и 7 - (времен-- ные диаграммы.20

Многоканальный фазовый демодулятор содержит N идентичных каналов 1, блок 2 синхронизации, полосовой Фильтр 3, ключ 4, аналого-цифровой преобразоваинтервалами Период следования посылок равен Т, величина защитных ин тервалов - Ј , причем Т С . Моментами манипуляции начальных фаз кажд го из колебаний, входящих в многоча тотный сигнал, являются моменты начала посылок, т.е. t2, t4, L6 (фиг. Блок 2 синхронизации работает сл дующим образом.

Полосовой Фильтр 14, настроенный на частоту следования посылок сигна ла (частоту манипуляции), выделяет многочастотного сигнала колебание с частотой манипуляции, из которого п роговый блок 5 формирует последова тельность прямоугольных импульсов (фиг.6б,в). На выходе порогового блока 15 фаза импульсной серии сдви нута на величину t относительно гр ниц посылок. Компенсация сдвига про изводится с помошью Формирователя 16 импульсов, представляющего собой

30

40

тель 5, блок 6 вычисления дискретного 25 ВДУЩий мулътивибратор, запускаемый преобразования Фурье, решающий блок 7, блок 8 управления. При этом полосовой фильтр содержит резистор 9, конденсатор 10, второй резистор 11, второй конденсатор 12, операционный усилитель 13. Точка соединения конденсатора 10, второго резистора 11 и инвертирующего входа операционного усилителя 13 является управляющим входом полосового фильтра 3. Блок 2 синхронизации содержит полосовой фильтр J4, пороговый блок 15, формирователи 16-19 импульсов.

Блок вычисления дискретного преобразования Фурье содержит арифметическое устройство 20, первый 21 и второй 22 регистры, а блок 8 управления - генератор 23 импульсов, счетчик 24 импульсов и комбинационную схе- му 25, выполненную на элементе И-НЕ 26 и элементе ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 27. Решающий блок 7 содержит вычислитель 28 фазы, регистр 29, вычита- тель 30.

Многоканальный фазовый демодулятор работает следующим образом.

На вход блока 2 синхронизации и первые входы N идентичных каналов 1 поступают посылки многочастотного сигнала с фазоразностной модуляцией по каждому из частотных каналов. Значения рабочих частот отличаются одно от другого на постоянную величину. Посыпки сигнала разделены защитными

по передним фронтам входной синхро- серии и вырабатывающий импульс длительностью t T-ty - t (Фиг.бг). Настройка длительности импульса Форм рователя 16 импульсов производится пр доводке всего устройства с учета реал ной величины tt .Диапазон перестройки длительности составляет 0 Ј t 2T. По заднему фронту импульса с выхода формирователя 16 импульсов запуска- 35 ется формирователь J7 импульсов, также представляющий собой ждущий мультивибратор, который вырабатывает импульс с длительностью, равной величине защитного интервала Ј. Таким образом, импульс на выходе форм рователя 17 импульсов определяет св ими фронтами конеи и начало посыло (фиг.бд). Fo переднему и заднему фр там этого импульса запускаются форм рователи 18 и J9 импульсов, также преставляюшие собой ждущие мультиви раторы. Их выходные импульсы предст ляют собой короткие CtVC )5 отрица тельные по полярности (направлению) перепады напряжения, непосредственн синхронизирующие блоки демодулятора (фиг.бе,ж). По импульсам с выхода формирователя 18 импульсов производится разряд полосовых фильтров 3 всех N идентичных каналов 1, а реша ющие блоки 7 осуществляют перезапис информации. По импульсам с выхода формирователя 19 импульсов запуска45

50

55

интервалами Период следования посылок равен Т, величина защитных интервалов - Ј , причем Т С . Моментами манипуляции начальных фаз каждого из колебаний, входящих в многочастотный сигнал, являются моменты начала посылок, т.е. t2, t4, L6 (фиг.ба). Блок 2 синхронизации работает следующим образом.

Полосовой Фильтр 14, настроенный на частоту следования посылок сигнала (частоту манипуляции), выделяет из многочастотного сигнала колебание с частотой манипуляции, из которого пороговый блок 5 формирует последовательность прямоугольных импульсов (фиг.6б,в). На выходе порогового блока 15 фаза импульсной серии сдвинута на величину t относительно границ посылок. Компенсация сдвига производится с помошью Формирователя 16 импульсов, представляющего собой

0

0

ВДУЩий мулътивибратор, запускаемый

по передним фронтам входной синхро- серии и вырабатывающий импульс длительностью t T-ty - t (Фиг.бг). Настройка длительности импульса Формирователя 16 импульсов производится при доводке всего устройства с учета реальной величины tt .Диапазон перестройки длительности составляет 0 Ј t 2T. По заднему фронту импульса с выхода формирователя 16 импульсов запуска- 5 ется формирователь J7 импульсов, также представляющий собой ждущий мультивибратор, который вырабатывает импульс с длительностью, равной величине защитного интервала Ј. Таким образом, импульс на выходе формирователя 17 импульсов определяет своими фронтами конеи и начало посылок (фиг.бд). Fo переднему и заднему фронтам этого импульса запускаются формирователи 18 и J9 импульсов, также преставляюшие собой ждущие мультивибраторы. Их выходные импульсы представляют собой короткие CtVC )5 отрицательные по полярности (направлению) перепады напряжения, непосредственно синхронизирующие блоки демодулятора (фиг.бе,ж). По импульсам с выхода формирователя 18 импульсов производится разряд полосовых фильтров 3 всех N идентичных каналов 1, а решающие блоки 7 осуществляют перезапись информации. По импульсам с выхода формирователя 19 импульсов запуска5

0

5

ются блоки 8 управления всех каналов 1. Голосовой фильтр 14 реализован на LC-контуре с частотой настройки

f . Пороговый блок 15 реализован

на микросхеме 521 САЗ, формирователи 16-19 импульсов - на микросхемах 155.АГЗ. Напряжения на выходах полосовых фильтров 3 представлены на Фиг.бз. Полосовые фильтры 3 каждого канала 1 настроены на частоты канальных колебаний и должны быть стабильными, простыми в коммутации и перенастройке, обладать высокой (30-50) добротностью и значительным усилением на резонансной частоте. В предлагаемом демодуляторе применен полосовой фильтр с многопетлевой обратной связью (фиг.2). Необходимость коммутации вызвана инерционностью Фильтра, время установления переходных процессов в котором обратно пропорционально полосе пропускания. Коммутация позволяет искусственно устранить последствие предыдущей посылки и уменьшить длительность защитного интервала (фиг.бз). Полосовой Фильтр 3 реализован на микросхеме 140УД7, а ключ - на полевом транзисторе 2ШОЗЕ.

Аналого-цифровой преобразователь 5, управляемый блоком 8 управления данного канала, на протяжении защитного интервала производит четыре отсчета, коды которых поступают на вход блока 6 вычисления дискретного преобразования Фурье. Блок 6 вычислени дискретного преобразования Фурье предназначен для вычисления по отсчетам канального сигнала параметров принятого колебания, позволяющих вычислить его начальную фазу, впоследствии разность фаз (фиг.6и,к). Посколь

п - номер отсчета; k - номер гармоники. Выполнив преобразование при и , получают

Х(1) R(x(0)-x (2)) + j(x(l)-x(3)) или в общем виде

5

0

5

0

5

МП R, н- j-iw.

Начальная фаза колебания при этом определяется как

Lf0 arctg( -Ip

Јлок вычисления дискретного преобразования Фурье, вычисляющий значения R& и Im, содержит арифметическое устройство 20, регистры 21 и 22. Работу данного блока 6 целесообразно рассмотреть совместно с работой блока 8 управления по функциональной схеме (фиг.4) и временным диаграммам (фиг.7а-и). По импульсу запуска, поступающему на вход блока 8 управления из блока 2 синхронизации, производится начальная установка счетчика 24 импульсов, благодаря чему комбинационная схема 25 вырабатывает сигнал запуска генератора 23 импульсов. По передним фронтам импульсов генератора, частота которого в каждом канале 1 равна учетверенной частоте настройки полосового фильтра 3, запускается аналого-цифровой преобразователь 5, выдача отсчетов из которого задержана внутри примененной микросхемы на один такт (фиг.7г). На протяжении первого и второго тактов арифметическое устройство 20 произ- 0 водит прямую передачу кодов х(0) , х(1), последовательно записываемых в регистры 21 и 22. При дальнейшем сдвиге информации на третьем и четвертом тактах на втором входе арифме

Изобретение относится к технике связи. Цель изобретения - повышение точности. Многоканальный фазовый демодулятор содержит блок 2 синхронизации и N каналов 1, каждый из которых состоит из полосового фильтра 3, ключа 4, АЦП 5, блока 6 вычисления дискретного преобразования Фурье, решающего блока 7 и блока 8 управления. В данном демодуляторе в каждом канале 1 использован один полосовой фильтр 3 и эл-ты последовательной обработки каждой посылки, что исключает влияние дрейфа его параметров на точность измерения и повышает точность измерения разности фаз колебаний смежных во времени посылок в каждом из частотных каналов 1. 7 ил.

ку канальные колебания после обработт- 45 тического устройства 20 появляются

коды х(0) их(1) соответственно. По сигналу управления с выхода комбинационной схемы 25 (фиг.7з) на трет ем и четвертом тактах арифметическо

ки полосовыми фильтрами 3 являются моногармоническими, достаточно ограничиться четырехточечным преобразованием Фурье по одной спектрально компоненте, согласовав частоту дискретизации в каждом канале с частотой настройки полосового Фильтра 3. Алгоритм дискретного преобразовании Фурье имеет вид

х(Ю

N-4

N

ж

x(n)-e 5 N

n.k

п-о

где X(k) - искомый спектр; х(п) - отсчеты сигнала;

тического устройства 20 появляются

коды х(0) их(1) соответственно. По сигналу управления с выхода комбинационной схемы 25 (фиг.7з) на третьем и четвертом тактах арифметическое

устройство переходит из режима прямой передачи кодов в режим вычитания и на своем выходе Формирует величины Ре иIm. Производится дальнейшая конвейерная перезапись в регистрах,

в результате чего на пятом такте в них записывается результат вычисления дискретного преобразования фурье. На пятом такте та же комбинационная схема 25 вырабатывает сигнал блокировки генератора 23 импульсов и прекращает тем самым процесс вычисления. Коды Re и Im поступают на выходы блока 6 вычисления дискретного преобразова- ния Фурье и находятся на них до-запуска блока 8 управления на следуюшем защитном интервале. Генератор 23 импульсов и.счетчик 24 импульсов особенностей не имеют и выполнены на микро- схемах 155ЛАЗ и 531ИЕ17. Комбинационная схема 25 выполнена на элементе И-НЕ 26 155ЛАЗ и элементе ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 27 155ЛЕ1. Особенность комбинационной схемы 25 и арифметического уст- ройства состоит в том, что на нулевом такте формируется сигнал, соответствующий операции Прямая передача, не влияющий на дальнейшую работу схемы. Коды Ее и Im однозначно определяю параметры принятого колебания, что дает возможность вычислить его фазу в решающем блоке 7 (фиг.5). Вычислитель 28 фазы, входящий в состав решающего блока, реализован на постоянном запоминающем устройстве,- адресная шина которого условно разбита на две части. При разбивке адресной шины

ти

однозначно определяют

и

ADF Рл + 2г

S +1

Lm

(ut- о DASR - 2

где

D

п

макс AIR

- 1,

- разрядность адресной шины,

{DADR}Z

(a.arctgfe

ЛА

- число, соответствующее

коду фазы 360 . В каждую ячейку ПЗУ при программировании микросхемы заносится код,

вычисленный по выражению

D/иамг

где операция { обозначает перевод числа из десятичной в двоичную систему счисления-а иЪ - множители,учитывающие приведение функции арктангенса к любому из четырех квадрантов фазы.

Вычислитель 28 Фазы реализован на микросхеме 573РФ2, запрограммированной в соответствии с указанными выражениями. Код Фазы с выхода вычислителя 28 фазы поступает на вход регистра 29 и второй вход вьтчитателя 30. В момент времени, определяемый импульсом с выхода блока синхронизации, производится запись информации в регистр 29, благодаря чему на выходе решающего блока фиксируется инJQf5) 59008

Формация о искомой разности фаз, яв-, ляющаяся демодулированным информационным параметром. Регистр реализован на микросхеме 155ИР13, вычитэ- телъ-нэ микросхеме 155ИПЗ.

Положительный эффект применения многоканального Фазового демодулятора проявляется в повышении точности измерения разности фаз колебаний смежных во времени посылок в каждом из частотных каналов. Это обусловлено тем, что в известном демодуляторе указанное измерение производится между выходными напряжениями двух полосовых фильтров в каждом канале, параметры которых могут изменяться неидентично в процессе работы, а в предлагаемом используют один полосовой фильтр и устройство последовательной обработки каждой посылки, что исключает влияние дрейфа его параметров на точность измерения. Положительный эффект заключается также в снижении требования к точности настройки полосовых Фильтров и простоте перенастройки цифровых узлов.

25

Формула изобретения

5

0

Многоканальный Фазовый демодулятор, содержащий N идентичных каналов, каждый из которых содержит .полосовой фильтр, и блок синхронизации, вход которого соединен с первым входом каждого из N идентичных каналов и является входом многоканального фазового демодулятора, а первый и второй выходы блока синхронизации соединены соответственно с вторым и третьим входами каждого из N идентичных каналов, выходы которых являются выходами многоканального Фазового демодулятора, причем вход полосового 5 Фильтра является первым входом канала, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, в каждый канал введены последовательно соединенные аналого-цифровой преобразователь, блок вычисления дискретного преобразования Фурье и решающий блок, а также ключ, вход которого соединен с выходом полосового фильтра и с входом аналого-цифрового преобразователя, а выход ключа - с управляющим входом полосо- | вого фильтра, и блок управления, nep-j вый выход которого соединен с тактовыми входами аналого-цифрового пре0

5

образователя и блока вычисления дискретного преобразования Фурье, управляющий вход которого соединен с вторым выходом блока управления, вход которого является третьим входом канала, при этом управляющий вход ключа соединен с вторым входом решающе-:

го блока и является вторым входом канала, причем выход решающего блока является выходом канала.

УлрМ

Фиг. г

Фиг.з

Ј..

№0)

006«Sl

Л г л is t AV У f

I

-Вь

X