Устройство для приема сигналов с частотно-фазовой модуляцией

 

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.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЯИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН 51) 4 Н 04 L 27/22

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMY CBMQETEJlbCTBV

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

1 (61) 1262744 (21) 4322379/24-09 (22) 28.09.87 (46) 07.08.89. Бюп. N - 29 (72) В.П. Бережной, M.À. Иванов, И. В. Комаров, С.M. Кудинов и M.À. Хабахпашев (53) 621.394.62(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 1262744, кл. Н 04 L 27/22, 1985. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРИЕМА СИГНАЛОВ

С ЧАСТОТНО-ФАЗОВОЙ МОДУЛЯЦИЕЙ (57) Изобретение относится к радио технике. Цель изобретения — повышение .помехозащищенности. Устройство соЛ0„„ 1499523 А2

2 держит частотный детектор 1, интегра— торы 2 и 17, АЦП 3 и 18, коммутаторы

4 и 12, режекторный фильтр 5, адаптивный фильтр 6, перестраиваемый фильтр 7, анализатор 8, широкополосный усилитель 9, линию 10 задержки, 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 адалтивного фильтра б и анализатора 8. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

1499523

Изобретение относится к радиотехнике, может найти применение в высокоскоростных радиосистемах цифровой связи и является усовершенствованием изобретения по авт.св. Р 1262744.

Целью изобретения является повышение помехозащищеньости.

На фиг. 1 изображена структурноэлектрическая схема устройства; на 10 фиг. 2 — структурно-электрическая, схема адаптивного фильтра; на фиг.3— структурно-электрическая схема аналиватора.

Устройство содержит частотный де- 15 тектор 1, первый интегратор 2, первый аналого-цифровой преобразователь .(АЦП) 3, первый коммутатор 4, режекторный 5 адаптивный б и перестраиваемый 7 фильтры, анализатор 8, ши- 20 рокополосньнл усилитель 9, линию 10 задержки, блок 11 вычитания, второй коммутатор 12, блок 13 выделения несущей, генератор 14 частот, ключ

15, фазовый детектор 16, второй интегратор 17 и второй АЦП 18, причем адаптивный фильтр 6 содержит первый перемножитель 19,. интегратор 20 и второй перемножитель 21, анализатор

8 содержит блок 22 сравнения, сумматор 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 этих фильтров не перекрываются, но в совокупности по- ..40 лосы пропускания фильтров 24 перекрывают всю полосу частот h f, в которой изучается сигнал, т.е.

h,f",Ahf = Ф U;= j i j E. (1,ш), 45 причем .U Ь f =hf, (1)

S0 где А Я, — полоса пропускания >-го по-! лосового фильтра 24;

m — количество полосовых фильтров 24;

gf — полоса частот, в которой изучается сигнал.

Полосы пропускания частот Ьf;полосовых фильтров 24 выбираются так, что обеспечивается выполнение условия постоянства отношения цля каждого из фильтров

Ес (И )

const (i) (2)

N„ где Г (»»f;)-энергия сигнала, попадающего в полосу пропускания

1.-го полосового фильтра 24;

N — мошность сосредоточенной и по спектру помехи заданного уровня.

Необходимое количество полосовых фильтров 24 выбирается из условия где Š— полоса частот, в которой действует сосредоточенная по спектру помеха.

Выполнение условия (3) позволяет подавить сосредоточенную по спектру помеху в максимальной степени и минимизировать энергетические потери полезного сигнала S(t) и его потери "a счет искажений.

Выход каждого полосового фильтра

24 соединен с сигнальным входом отдельного компаратора 25 соответственно. Если на входе устройства сосредоточенная по спектру помеха отсут— ствует, то на выходах всех компараторов 25 будет налряжевие U<, соот— ветствующее логическому "0". При появлении сосредоточенной по спектру помехи в .полосе частот 5f; какоголибо фильтра 24 его выходное напряжение U<, превышает порог срабатывания U „> соответствующего компаратора (причем U »> одинаково для.всех

»компараторов 25) и на выходе этого коыларатора 25 появляется выходное напряжение U соответствующее логической "1". Усилители 26 постоянного тока настраиваются так, что при появлении на их входах напряжения

U<,, соответствующего логической "1", их выходные напряжения Б,; меняются от Uä ö „ усилителя постоянного тока с минимальным порядковым номером до

Uöä„,,усилителя постоянного тока с максймальным порядковым номером, UzÄ< и U z — минимальное и максимальное допустимые нанряжения, которые необходимо подавать на управляющий вход режекторного фильтра 5 и на управляющий вход перестраиваемого фильтра 7 для перестройки центральI ных частот f и f этих фильт»>ов

1499523 соответственно. Для остальных усилителей постоянного тока, имеющих порядковые номера /4 ic m, выходные напряжения Upped удовлетворяют условию

Ц мин с Уф Р с "маркс, причем Ugnp1 г

U> » А)пРт= U aKc 1 0 мин (Цмдкс > 0; Uqpp P 0; Напр н Напр

U Е t1; m 13 (4)

Выход каждого усилителя 26 посто- 10 янного тока подключен к отдельному входу M-входового сумматора 23 для развязки выходов усилителей 26 постоянного тока. Коэффициент передачи по напряжению M-входового сумматора

23 выбирается равным .единице. Напряжение с выхода сумматора 23.подается на управляющие входы режекторного 5 и перестраиваемого 7 фильт— ров. 20

Выход каждого компаратора 25 под- . ключен к отдельному входу M-входового блока 22 сравнения. При появлении сосредоточенной по спектру помехи. на входе устройства на выходе соответствующего компаратора 25 появляется напряжение U к,, 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 f 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 режекторноо го фильтра 5 (значение этой частоты определяется напряжением U „p, с выхода анализатора 8), подавляется этим режекторным фильтром 5 и "очищенный" от сосредоточенной по спектру помехи сигнал

U<(t) = S(t) + h(t) (5) 50 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 gf перестраиваемого фильтра 7 и положение этой полосы на частотной оси f выбирается таким образом, что максимизируется отношение помеха — сигнал

1/h> в этой полосе частот Ь f .Центральная частота настройки fz 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 U „, 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

U>(t) = M(t)+S,(t)+h(t), (6) где S (t) — часть полезного сигнала

Б(С), попавшая в полосу пропускания д f д перестраваемого фильтра 7.

Выходной сигнал адаптивного фильтра 6 имеет вид (7) где W(t) — изменяемая во времени импульсная характеристика адаптивного фильтра 6.

При воздействии сигнала ошибки с выхода широкополосного усилителя 9

Е(t) ьа управляющий вход адаптивного фильтра 6 передаточная функция W(t) последнего изменяется так, что в блоке 11 вычитания обеспечивается оптимальное (по критерию минимума среднеквадратической ошибки) подавление сосредоточенной по спектру помехи во входном воздействии U1(с).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 (с) на сигнальном (т.е. с выхода перестраиваемого фильтра 7) и управляющем U1(t) (т.е. с выхода широкополосного усилителя 9) входах адаптивного фильтра 6. Этим и обеспечивается формирование выходного

1499523 сигнала Z(t) адаптивного фильтра 6, 1f в максимальной степени "похожего на подавляемую сосредоточенную по спектру помеху (а значит, и ее подавление и блоке 11 вычитания) .

При этом можно показ ать, что

lim Z(t)=lim M(t) ° U>(t)=M(t). (8)

$ 0O ь - ОО

Такиы образом, адаптивный фильтр б учитывает .и, устраняет до блока 11 вычитания возможные различия характеристик при прохождении сосредоточенной по спектру помехи от входа устройства через линию 10 задержки до непнвертирующега входа блока 11 вычитания и от входа устройства через анализатор 8, перестраиваемый фипьтр 7 и адаптивный фильтр 6 до инвертирующего входа блока 11 вычитания, Кроме того, необходимо устранить сосредоточенную по спектру помеху, претерпевшую частотно-селективные искажения в линии 10 задержки с практически неизбежной дисперсионностью ее характеристик. Адаптивный фильтр б также позволяет устранять влияние изменения характеристик сосредоточенной по спектру помехи во времени (поскольку предполагается, что параметры сосредоточенной по спектру помехи изменгпотся медленнее, чем параметры самого си пала, который по условию является существенно более широкополосным по "равнению с подавляемой

I сосредоточенной по спектру помехи. .11а неинвертирующий вход блока вьчптапия поступает через линию 10 задержки входное воздействие U< (t), а иа инвертирующий вход — сигнал с выхода адаптивного фильтра 7 Z(t) .

Следует, что выходной сигнал блока

11 вычитания U (t) можно представить в nиде

0 (с-;=U, (t)-Z(t)=-S(t)+N(t)+

- -1 ;- ) — 7, (с- ), (9) Адаптивный фильтр 6 настраивается таким образом.„ чтобы минимизировать мощность PU Отсюда следует, что минииизируется мощность разности Р, Б этом случае выходной сигнал адаптивного фильтра б Z(t) является наилучшей оценкой сосредоточенной по спектру помехи в смысле минимума среднеквадратической ошибки.

Шумы h(t), не коррелированные с сосредоточенной по спектру помехой, остаются нескомпенсированнь ми. Сиг- нал S(t) проходит на выход блока 11 вычитания практически без искажения, 5 так как передаточная функция для сигнала равна единице.

Для минимизации искажений сигнала

S (с) необходимо повышать отношение сигнал/шум

St

М(t ) +h (t) (10) 8 «(с) M (- ) +h (t. ) 20 на сигнальном вход е адаптивног о фильтра 6.

Таким образом, если сосредоточен— ная по спектру помеха присутствует, то "очищенный" сигнал И (с) с выхода режекторного фильтра 5 через второй вход первого коммутатора 4 поступает на вход частотного детектора 1, а

"очищенный" сигнал U,(с) 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 U< (t) с входа устройства через

35 второй вход частотного детектора 1 и это же входное воздействие U<(с) с выхода линии 10 задержки через пер— вый вход второго коммутатора 12 пос— тупает на вход блока 13 выделения несущей и на первый вход фазового де— тектора 16. На выходе частотного детектора 1 по результатам приема элемента сигнала S<(t) за тактовый интервал времени формируется напряже—

45 ние U которое является функцией отклонения значения мгновенной средней частоты принятого элемента сигнала f< от частоты настройки частот-. ного детектора 1 f

"Нп = Е (к н). (12)

Данное напряжение Бц интегрируется за время тактового интервала первым интегратором 2, выходное напряжение которого равно

55 6

u„(r) = — — — J u„,(r) ас, < з>

0 где Ф вЂ” постоянная времени интегратора, на неинвертирующем входе блока 11 вы15 читания и уменьшить отношение сигнал/шум

1499523 р > (Vc Ц р) Напряжение Uù интегрируется вторым интегратором 17 и поступает на вход второго АЦП 18, который преоб—

55 разует его в код, соответствующий фазе принятого элемента сигнала

S<(t). Дальнейшая работа устройства для приема сигналов с частотно-фазоНапряжение V„, (с) с выхода перного интегратора 2 поступает на вход первого АЦП 3, который преобразует данное напряжение Un|(t) в код, соответствующий мгновенной средней частоте f принятого текущего элемента сигнала S<(t), который и выдается на выход устройства.

Линия 10 задержки произвоцит за- 10 держку входного воздействия на время t>, равное длительности обработки одного элемента сигнала Б„(с) с момента поступления его на вход устройства до момента выдачи решения î 15 частоте f данного элемента сигнала

SK(t) в виде кода с выхода первого АЦП 3. В блоке 13 выделения несущей опорная частота f. „ подстраивается под мгновеннУю сРеднюю частотУ Т к 2Р сигнала S (t) лишь в моменты поступк ления элементов сигнала Б к(с) с частотой f E (f „ к). Опорный сигнал

Б 0п к с частотой f» „ñ выхода блока

13 выделения несущей поступает на 25 вход генератора 14 частот, который преобразует данный сигнал Б„ (с) во .множество опорных сигналов Son к(с), Каждый опорный сигнал S,д к(с) с от—

I дельного выхода генератора 14 частот 30 поступает на соответствующий сигнальный вход ключа 15, где под действием кода, содержащего информацию о мгно— венной средней частоте f принятого элемента сигнала S <(t), производит35 ся коммутация k-го сигнального входа, соответствующего данной частоте, на выход ключа 15. Опорный сигнал

S (t) центральная частота которооп. к

Го равна мгновенной ср едней частоте 40

f „принятого элемента сигнала Б (t), с выхода ключа 15 поступает на второй вход фазового детектора 1б, на первый вход которorо поступает задержанный на время текущий элемент сигнала Бк (t) . На выходе фазового детектора 16 формируется напряжение

U, являющееся функцией разности фаз принятого S „(t) и опорного

S on „(t) сигналов:

50 (14) вой модуляцией происходит аналогично описанному циклу 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 режекторных фильтров, такое же число анализаторов, перестраиваемых фильтров и адаптивных фильтров, т.е. схема допускает обобщение.

Если используется один адаптивный 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). с

Фор мула из обретения

1. Устройство для приема сигналов с частотно †фазов модуляцией по авт.св, Р 1262744, о т л и ч а ю— щ е е с я тем, что, с целью повышения помехозащищенности, введены анализатор, первый коммутатор, режекторный фильтр, блок вычитания, широкополосный усилитель, второй коммутатор и последовательно соединенные перестраиваемый фильтр и адаптивный фильтр, причем вход линии задержки через первый коммутатор подключен к входу частотного детектора, выход линии задержки через второй коммутатор подключен к входу блока выделения несущей, вход линии задержки соединен с входом анализатора и сигнальным входом режекторного фильтра, выход которого подключен к второму входу первого коммутатора, первый 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 задер>кки подключен к сигнальному входу перестраиваемого фильтра и неинвертирующему входу блока вычитания, инвертирующий вход которого соединен с выходом адаптивного фильтра, а выход

1499523

Составитель О. Андрушко

Техред М.Ходанич Корректор "М. Шар оши

Редактор И. Шмакова

Заказ 4709/56 Тираж 626 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г.ужгород, ул. Гагарина,101 блока вычитания подключен к третьему входу второго коммутатора непосредсгвенно и к управлякщему входу адаптивного фильтра через широкополосный усилитель.

2, Устройство по и. 1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что адаптивный фильтр содержит последовательно соединенные первый перемножитель, интегратор и второй перемножитель, второй вход которого соединен с первым входом первого перемножителя и явля,ется сигнальным входом адаптивного фильтра, управлякщим входом и выход дом которого являются соответственно второй вход первого и выход второго перемножителей.

3. УстройстBo Ilo II, 1, o T Jl H ч а ю щ е е с я тем, что анализатор содержит блок сравнения, сумматор и

5 в каждом канале — последовательно соединенные полосовой фильтр, .компаратор и усилитель постоянного тока, причем выходы компараторов всех каналов подключены к входам блока срав10 нения, выходы усилителей постоянного тока всех каналов — к входам сумматора, выход которого является первым выходом анализатора, вторым выходом и входом которого являются соот15 ветственно выход блока сравнения и объединенные входы полосовых фильтров °