Устройство восстановления несущей фазоманипулированного сигнала Советский патент 1993 года по МПК H03L7/00 

ел

С

Изобретение относится к технике электросвязи и может быть использовано в устройствах когерентной обработки фазоманипулированных сигналов с углом фазовой манипуляции 180Л в частности в аппаратуре каналов передачи дискретной информации. Цель изобретения -увеличение допустимого времени пропадания входного фазоманипулированного сигнала и повышение быстродействия. В устройстве, содержащем усилитель-ограничитель 1, D-. триггер 2, реверсивный счетчик 4, управляемый делитель частоты 5, опорный генератор б, выходной делитель 7 частоты на два. Делитель частоты 5 выполнен с промежуточным выходом, подключенным к тактовому входу D-триггера 2, а схема блока 3 выделения введена в устройство и установлена между D-триггером 2 и реверсивным счетчиком 4.4 ил.

Фиг.2

V4 00 О СП Ю

ФигЗ

Изобретение относится к технике связи и может быть использовано в устройстве когерентной обработки фазоманипулиро- ванных сигналов с углом фазовой манипуляции 180°.

Цель изобретения - упрощение схемы построения устройства, увеличение допустимого времени пропадания входного фа- зоманипулированного сигнала, достижение независимости скорости подстройки фазы выходного колебания от знака расстройки фаз и получение симметрии полосы удержа - ния.

На фиг.1 дана структурная схема устройства восстановления несущей фазома- нипулированного сигнала; на фиг.2 и 3 -два варианта схемы построения блока выделения фронтов; на фиг,4 - эпюры напряжений в различных точках схемы устройства восстановления несущей фазоманипулированного сигнала, поясняющие его работу.

Устройство восстановления несущей фазоманипулированного сигнала содержит последовательно установленные усилитель- ограничитель 1, D-триггер 2, блок 3 выделения фронтов, реверсивный счетчик 4, управляемый делитель 5 частоты с прдклю- ченным к его счетному входу опорным генератором 6 и делитель частоты 7 на два.

Первый вариант схемы блока 3 выделения фронтов содержит первый 8 и .второй 9 одновибраторы, а также элемент ИЛИ 10, объединяющий выходы одновибраторов 8 и 9.

Второй вариант схемы блока 3 выделения фронтов включает первый 11 и второй 12 элементы задержки и объединяющий их выходы элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 13.

По фазоманипулированному сигналу восстановить несущую можно только с неопределенностью в 180. В соответствии с этим под расстройкой фаз между несущей фазоманипулированного сигнала и восстановленной несущей понимается рассогласование моментов перехода через нулевой уровень гармонического заполнения посылок фазоманипулировэнного сигнала (или несущей) с фронтами и срезами колебаний на выходе устройства. При этом не принимается во внимание, в каком направлении происходит переход: из отрицательной области в положительную или наоборот.

В предлагаемом устройстве реализован принцип определения знака расстройки фаз между несущей и выходным колебанием, а также подстройки фазы выходного колебания, заключающийся в следующем:

колебания, которые соответствуют фазе О или 180°, разделены на области расстройки фаз: области опережения и запаздывания. Области, расположенные слева от моментов появления фронтов и срезов являются областями опережения, а справа - запаздывания. Моменты появления фронтов и срезов выходного колебания соответствуют по времени границам опере0 жение - запаздывание между областями.

0 3. Попадание переходов через нуль в области опережения указывает на то, что несущая входного сигнала опережает по фазе выходное колебание, а попадание в область запаздывания указывает на то, что

5 несущая отстает по фазе и необходима со- . ответствующая подстройка фазы выходного колебания.

0 знака напряжения входного сигнала на границах области. При несовпадении знаков напряжения считается, что внутри области существует переход через нуль, при совпадении выносится решение об отсутствии пе5 рехода.

5 В этом режиме среднее число переходов через нуль, обнаруженных в области опережения, совпадает со средним числом переходов, обнаруженных в областях запаздывания, и среднее положение фрон0 тов и срезов выходного колебания совпадает с моментами переходов через нулевой уровень несущей входного фазоманипулированного сигнала.

В соответствии с алгоритмом работы в

5 устройстве смена знаков напряжения и на границах областей опережения. Это обеспечивает определение знака расстройки . фаз, требуемое направление подстройки фазы выходного колебания и вместе с тем предотвращает появление ошибочных импульсов. Тем самым устраняется зависимость скорости подстройки фазы выходного колебания от знака расстройки фаз.

Для реализации алгоритма входной аналоговый сигнал необходимо преобразовать в бинарный.Эта операция производится с помощью усилителя-ограничителя, При отсутствии сигнала на входе усилителя-ограничителя с его выхода выдается либо постоянный уровень напряжения, либо случайное бинарное колебание. Это обуславливается дрейфом нуля, различными шумами и другими внешними и внутренними факторами.

В условиях пропадания сигнала, когда усилитель-ограничитель выдает постоянный уровень, перепады напряжения на его выходе отсутствуют. Соответственно отсутствуют импульсы, сигнализирующие об обнаружении переходов через нуль, и подстройка фазы выходного колебания не производится. Это увеличивает допустимое время пропадания входного сигнала до времени, определяемого стабильностью частот несущей входного сигнала и местного опорного генератора.

Когда усилитель-ограничитель при отсутствии сигнала выдает случайное бинарное колебание, то из-за окончания времени усреднения фаза выходного колебания подстраивается случайным образом. При средней частоте переключения ниже номинальной частоты, пересечений несущей нулевого уровня темп поступления импульсов на усредняющую схему снижается. Соответственно снижается скорость блуждания фазы выходного колебания и увеличивается допустимое время пропадания входного сигнала.

Области опережения и запаздывания в.совокупности равны половине периода несущей фазоманипулированного. сигнала. На этом интервале времени возможен только один переход несущей через нуль, и он обнаруживается только в одной из смежных областей. Случай, когда сигнал отсутствует и усилитель-ограничитель выдает бинарное колебание с высокой частотой переключений, характерен тем, что результат анализа интервала времени на наличие перехода по признаку разности знаков напряжения на границах областей может привести к четырем равновероятным исходам:

Последние два исхода не приводят в конечном счете к появлению сигнала на выходе усредняющей схемы и далее к измене0 нию фазы выходного колебания т.к. в третьем случае на усредняющую схему поступают два импульса, которые при усреднении суммируются с противоположными знаками и взаимно компенсируются, а в чет

5 вертом случае на усредняющую схему не поступает ни одного импульса.

Случайные блуждания фазы выходного колебания возникают под воздействием импульсов, поступающих на реверсивный

0 счетчик в соответствии с первыми двумя исходами. Поскольку они охватывают только половину от всех возможных исходов, то средний темп соответствующих сигналов с выхода усредняющей схемы и соответствен5 но средняя скорость блужданий фазы на выходе устройств в 2 раза ниже, чем скорость блужданий фазы в известном устройстве, а допустимое время пропадания входного фазоманипулированного сигнала

0 в 2 раза больше.

Рассмотрим работу устройства в номинальном режиме, когда на вход поступает фазоманипулированный сигнал достаточного уровня. Она поясняется эпюрами напря5 жения в точках схемы а-ж (см. фиг.4).

На эпюрах моменты времени ti-tio соответствуют моментам переходов несущей входного сигнала через нулевой уровень. Опережение и отставание по фазе несущей

0 на эпюрах показано как время опережения оп и запаздывания t3an моментов переходов несущей через нуль относительно фронтов и срезов выходного колебания (фиг.б.ж). Эпюры напряжения соответствуют случаю,

5 когда на начальном отрезке времени до момента t4 несущая фазоманипулированного сигнала опережает по фазе выходное колебание. Затем на интервале происходит подстройка фазы выходного колебания. На

0 последующем отрезке времени несущая отстает по фазе от выходного колебания.

Узлы и элементы устройства выполняют следующие функции.

На вход усилителя-ограничителя 1 по5 ступает фазоманипулированный сигнал (фиг.4а). Усилитель-ограничитель 1 преобразует аналоговый сигнал в бинарный (фиг.4,б). Ограниченный фазоманипулированный сигнал подается на информационный вход D-триггера 2. На его тактовых вход

оступает импульсная последовательность фиг.4,в) с промежуточного выхода управлямого делителя частоты 5. Передние фронты мпульсов соответствуют границам облатей запаздывания и опережения. Области пережения и запаздывания определяются колебанием (фиг.4,е), снимаемым- с выхода того же управляемого делителя частоты 5.

D-триггер 2 выполняет операции стро- ирования ограниченного выходного фазоанипулированного сигнала и хранение результата до следующего стробирования, Стробирование осуществляется в моменты появления передних фронтов импульсов фиг.4,в), поступающих на тактовый вход, т.е. на границах областей запаздывания и опережения. Если к моменту очередного стробирования знак напряжения входного фазоманипулированного сигнала не изменился, тостробирование не изменяет состояние триггера, и напряжение на его выходах не изменяется. И наоборот, при изменении знака напряжения входного сигнала стробирование приводит к появлению перепада напряжения на выходе триггера. Таким образом, перепады напряжения в выходном сигнале (фиг.4,г) D-триггера 2 сигнализируют о наличии перехода через нуль во входном фазоманипулированном сигнале на интервале времени между последним и предпоследним стробированием.

Перепады напряжения на выходе D- т риггера 2 обнаруживаются .блоком 3 выделения фронтов. При появлении перепада напряжения блок 3 выделения фронтов выдает импульс (фиг.4,д). Блок 3 выделения фронтов может быть реализован различным образом, например на основе одновибра- торов(см. фиг.2). При реализации по схеме, представленной на фиг.З, длительность импульса на выходе равна абсолютной разности задержек ti и t2, вносимых элементами задержек 11 и 12,

Реверсивный счетчик 4 выполняет функции схемы усреднения и ведет подсчет импульсов, выдаваемых блоком 3 выделения фронтов. Режим счета реверсивного счетчика (сложение или вычитания) согласован с областями расстройки, в которых обнаружены переходы входного сигнала через нуль. Это согласование обеспечивается тем, что на его вход управления направление счета подаётся сигнал с выхода управляемого делителя частоты 5, т.е. колебание, которое задает области расстройки фаз.

Из приведенных на фиг.4 эпюр напряжение видно, что при опережающей по фазе несущей импульсы (фиг.4,д) на счетном входе реверсивного счетчика 4 появляются при высоком уровне напряжения (фиг.4,е) на

входе управления направление счета. Реверсивный счетчик 4 суммирует поступающие импульсы.

Емкость реверсивного счетчика ограни5 чена и через некоторое время он переполняется. Сигнал переполнения подается на первый вход управления делителя частоты 5. Появление сигнала переполнения сигнализируете необходимости подстройки фазы 0 выходного колебания и изменения коэффициента деления управляемого делителя частоты 5, но не указывает на требуемое направление изменения фазы выходного колебания. Это направление связано с об5 ластями расстройки, в частности с областью- расстройки, в которой обнаружен переход через нуль и выработан импульс, переполнивший реверсивный счетчик 4.

Направление подстройки фазы и соот0 ветствующее изменение коэффициента деления управляемого делителя частоты 5 задается подачей на второй вход управления сигнала, определяющего области расстройки фаз, т.е. тем же самым сигналом,

5 который подается на вход управления ре-- версивного счетчика 4.

На эпюрах напряжения отражена ситу.ация, в которой импульс, переполняющий

реверсивный счетчик, появляется на интер0 вале времени t-r-ts (фиг.4,д). В это время на второй вход управления управляемого делителя частоты подается высокий уровень (фиг.4,е). В соответствии с ним и по сигналу переполнения реверсивного счетчика уп5 равляемый делитель частоты 4 на один цикл деления уменьшает коэффициент деления. Колебания на его выходе (фиг.5,е) и соответственно колебание (фиг.Б.ж) на выходе стоящего за ним делителя 7 частоты на два на

0 один шаг подстройки изменяет фазу. Для наглядности шаг подстройки выбран достаточно большим и таким, что после подстройкинесущая входного фазоманипулированного сигнала становит5 ся запаздывающей (отстает по фазе) относительно выходного колебания. Изменение знака расстройки фаз приводит к изменению временных соотношений между моментами перехода через нуль несущей входного

0 сигнала и областями расстройки. Если до подстройки переходы несущей через нуль происходили при низком уровне сигнала на выходе управляемого делителя частоты (фиг.4,е), то после подстройки, начиная с

55 момента 5, переходы несущей через нуль осуществляются при высоком уровне сигнала. В соответствии с этим изменением знака расстройки фаз изменилось на противоположное направление счета реверсивного счетчика 4. При очередном его переполнении подстройка фазы выходного колебания произойдет в обратном направлении. Таким образом в схеме устанавливается режим динамического равновесия, при котором среднее положение фронтов и срезов выходного колебания совпадает с моментами переходов через нуль несущей входного фазомани- пулированного сигнала, т.е. обеспечивается синфазность несущей и выходного колебания.

Недостатком работы существующих устройств является то, что на реверсивный счетчик поступают ошибочные .импульсы, вызванные манипуляцией входного сигнала. Из эпюр напряжения, представленных на фиг.4, видно, что в рассмотренном устройстве манипуляция входного сигнала, произведенная в моменты времени t2 и ts не вызывает появление импульсов. Такое свойство схемы предусматривается заложенным в нее алгоритмом работы и достигается за счет того, что на интервалах времени ti.-ts и на информационном входе D-тригге- ра 2 в момент появления передних фронтов тактовых импульсов (фиг.4.в) присутствует постоянный уровень (фиг.4,г). Соответственно на этих интервалах времени невозможно появление перепадов напряжения на выходе 0-триггера 2 и схема блока 3 выделения фронтов не выдает никаких им- пульсов на реверсивный счетчик 4. Тем самым устраняются недостатки

существующих устройств и достигается поставленная цель.

Формула изобретения Устройство восстановления несущей

фазоманипулированного сигнала, содержащее входной усилитель-ограничитель, D- триггер, информационный вход которого подключен к выходу усилителя-ограничителя, последовательно включенные управляемый делитель частоты и выходной делитель частоты на два, реверсивный счетчик, выход которого подключен к входу разрешения счета управляемого делителя частоты, опорный генератор, выход которого подключен к

счетному входу управляемого делителя частоты, отличающееся тем, что, с целью увеличения допустимого времени пропадания входного сигнала и повышения быстродействия, в него введены блок выделения .

фронтов, первый и второй входы которого подключены, соответственно, к прямому и инверсному выходам D-триггера, а выход- соединен со счетным входом реверсивного счетчика, выход управляемого делителя частоты соединен с входом управления направлением счета реверсивного счетчика и с входом управления убавлением-вычитанием импульсов управляемого делителя1 частоты, кроме того, управляемый делитель

частоты снабжен промежуточным выходом, который подключен к тактовому входу D- триггера,

Ь,.. iЈs &/