Устройство для приема сигналов с фазочастотной модуляцией

 

Изобретение относится к радиотехнике. Цель изобретения - повышение помехоустойчивости. Устройство содержит частотный детектор 1, интеграторы 2 и 18, АЦП 3 и 19, коммутаторы 4 и 11, режекторный фильтр 5, блок 6 селекции и ограничения, перестраиваемый фильтр 7, адаптивные фильтры 8 и 21, блоки 9 и 10 вычитания, блок 12 выделения несущей, г-р 13 частот, ключ 14, блок 15 задержки, широкополосные усилители 16 и 22, фазовый детектор 17 и формирователь 20 опорных сигналов. Цель достигается путем устранения линейного и нелинейного влияний интенсивной сосредоточенной по спектру помехи. Устройство по п.п. 2 и 3 ф-лы отличается выполнением блока 6 селекции и ограничения и формирователя 20. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСГ1У БЛИН (51) 5 Н 04 L 27/22

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И (ЛНРЫТИЯМ

DPH ГКНТ СССР l (21) 4482864/24-09 (22) 14.09,88 (46) 07.06.90, Бюл. ¹ 21 (72) В.П.Бережной, М.А.Иванов, С,М.Кудинов и В.Г.Щетинин (53) 621.394.62(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

1499523, кл. Н 04 L 27/22, 1987. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРИЕМА СИГНАЛОВ

С ФАЗОЧАСТОТНОЙ МОДУЛЯЦИЕЙ (57) Изобретение относится к радиотехнике. Цель изобретения " повьппение помехоустойчивости. Устройство содержит частотный детектор I интеграторы 2 и 18, АЦП 3 и I 9,,коммутаторы.4

„,SU„„15 0022 А1

2 и l 1, режекторный филь тр 5, блок 6 селекции и ограничения, перестраиваемый фильтр 7, адаптивные фильтры 8 и

21, блоки 9 и 10 вычитания, блок 12 выделения несущей, г-р 13 частот, ключ 14, блок 15 задержки, широкополосные усилители .16 и 22, фазовый детектор 17 и формирователь 20 опорных сигналов, Цель достигается путем устранения линейного и нелинейного влиянии интенсивной сосредоточенной по спектру помехи. Устройство по п.п. 2 . и 3 ф-лы отличается выполнением блока 6 селекции и ограничения и формирователя 20. 2 з.п.ф-лы, 4 ил.

1570022

Изобретение относится к радиотехнике, в частности к радиосистемам передачи информации, и может использоваться для совершенствования высокоскоростных радиосистем цифровой связи °

Цель изобретения — повышение помехоустойчивости путем устранения линейного и нелинейного влияний интенсивной сосредоточенной по спектру помехи, На фиг.1 изображена структурная электрическая схема предлагаемого.устройства; на фиг,2 — схема блока селекции.и ограничения; на фиг.3 — схема адаптивного фильтра; на фиг.4 — схема формирования опорных сигналов.

Устройство содержит частотный детектор 1, первый интегратор 2, первый аналого-цифровой преобразователь

{АЦП) 3, первый коммутатор 4, режекторный фильтр 5„ блбк селекции и ограничения, перестраиваемый фильтр 7, . первый адаптивный фильтр 8, первый блок 9 вычитания, второй блок 10 вычитания, второй коммутатор 11, блок

12 выделения несущей, генератор 13 частот, ключ 14, блок 15 задержки, первый широкополосный усилитель 16, фазовый детектор 17, второй интегратор 18, второй аналого-цифровой преобразователь 19, формирователь 20 опорных сигналов, второй адаптивный фильтр 21 и второй широкополосный усилитель 22.

ЗО

Блок 6 состоит из второго m входового сумматора 23, m-входового блока 24 сравнения, колебательных контуров (KK) 25, компараторов 26, усили- 40 телей 27 постоянного тока (УПТ).ипервого m-входового сумма. тора 28, Адаптивный фильтр 8 состоит иэ первого перемножителя 29, интегратора 30 и второго перемножителя 31, Формирова- 45 тель 20 состоит иэ первого и второго перемножителей 32 и 33.

Устройство работает следующим об— разом.

Входное воздействие U, (t) подается одновременно на входы всех т КК 25 °

Полосы пропускания KK 25.6 f> определяемые номиналами индуктивности L u емкости С, не перекрываются, но в совокупности полосы пропускания Elf этих

КК перекрывают всю полосу частот Bf, в которой осуществляется передача полезного информационного ФЧМ-сигнала

S(t), т.е.

af ùf. = ф, Ч = j, i je (1, в) причем U af, = df.

1 1а1

Необходимое количество m KK 25 выбирается из условия

af — >df (2) где 4 f — полоса частот, занимаемая спектром собственно сосредоточенной по спектру памяти ССП M(t)

Выполнение условия 2 позволяет ограничить ССП M(t) для данного блока

6 в максимальной степени и минимизировать нелинейные искажения N(t) полезного сигнала S(t), В блоке 6 происходит частотноизбирательное ограничение входных составляющих CCM M(t) достаточно большого уровня с локализацией.при этом порождаемых CCn(t) нелинейных компонент N(t) в сравнительно узкой спектральнбй области (полюса поглощения oJIOKa 6) в окрестности центральной частоты ССП M(t).

Эффект частотноиэбирательного ограничения определяется в основном нелинейными искажениями третьего порядка.

Целесообразность организации m пересекающихся (неперекрывающихся между собой в частотной области) полос поглощения обусловлена необходимостью обеспечения частотноиэбирательного ограничения интенсивной ССП М() во всей полосе.d f полезного сигнала S(t), т,е. при любой частотной настройке

ССП M(t).

При попадании интенсивной ССП M(t) в полосу пропускания любого из КК 25 .происходит частотноиэбирательное ограничение данной помехи ССП M(t), Выход каждого иэ КК 25 подключен к отдельному входу m-входового сумматора

23, на выходе которого формируется выходной сигнал V (t), в спектре которого имеется ограниченная блоком 6

ССП M„(t)

V (t) = S(t) + M,(t) + n(t) +

+ N(t) ° (3)

Сигнал V {t) поступает на неинвертирующий вход блока 9 и сигнальный вход режекторнога фильтра 5. Выход каждого КК 25 подключен к входу отдельного компаратора ?6. В случае присутствия ССП (t) во входном воэ5 15 действии V>(t) выходной отклик U

k%1 одного к КК 25, в полосе ограничения которого действует ССП N(t), будет отличен от выходных откликов остальных КК 25. Компараторы 26 настраива ются таким образом, что их выходное напряжение U соответствует логическому "0", при отсутствии ССП N(t) и логической "I" при появлении ССП

M(t) на входе компаратора 26. Выход каждого компаратора 26 соединен одновременно с входом отдельного сумматора и с. отдельным входом m входового блока 24. При п6явлении на входах

УПТ напряжения U„», соответствующего логической "1", их выходное напряжеч 1р мин у A4 lKc. у 4(<

U о,„ минимальные и максимальные допустимые напряжения, которые необходимо подавать на управляющий вход режекторного фильтра 5 и управляющий вход перестраиваемого фильтра 7. Выходные напряжения U . остальных уси мт лителей 27 также строго фиксированы и находятся в пределах от U до м.цм

У „, причем на одно из выходных напряжений U „ ; не равно О, так как этот случай соответствует отсутствию

ССП M(t) во входном воздействии °

Выход каждого усилителя 27 подключен к отдельному входу m-входового сумматора 28 для развязки выходов этих усилителей. Коэффициент передачи по напряжению m-входового сумматора 28 равен 1. Напряжение U с выупг i хода сумматора 28 подается на управляющие входы режекторного фильтра 5 и .перестраиваемого фильтра 7 для перестройки центральных частот f u о соответственно полосы режекции и полосы пропускания этих фильтров под центральную частоту мешающего воздействия ССП M(t).

При появлении ССП M(t) на входе предлагаемого устройства на выходе соответствующего компаратора 26 появляется напряжение U „,,,,соответствующее логической "1", на выходе же остальных компараторов будет напряжение

Бк„> соответствующее логическому "01 °

Набор логических "0" и логической

"1", поступает на m входов блока 24, .причем каждое напряжение U v, i строго .на определенный вход. Если ССП M(t) отсутствует, то на всех m входах бло-. ка 24 устанавливается напряжение логического "0", при этом на выходе данного блока 24 будет также напря", 70022 жение логического "0". При появлении хотя бы одной логической "1" на. выходах блока 24 íà его выходе установится напряжение логической "1".

Выход блока 24, являющийся вторым управляющим выходом блока 6, соединен одновременно с управляющим входом коммутатора 4 н управляющим входом коммутатора 11. При появлении на управляющем входе коммутатора 4 напряжения логического "0" (ССП M(t) отсутствует), входное воздействие 7 (t) подается на вход частотного детектора 1 ° В случае появления логической

"1", на управляющем входе коммутатора

4 (ССП N(t) присутствует) на вход частотного детектора I подается сигнал V (t) с выхода режекторного

2О фильтра 5.

Аналогично и для коммутатора ll: в случае отсутствия ССП M(t) на вход блока 12 и на вход фазового детектора 17 через блок 15 подается входной

25 сигнал V (t), а в случае воздействия

ССП M(t) на указанные входы подается сигнал с выхода блока 10.

После локализации нелинейных компонент . N(t) в сравнительно узкой (по сравнению с полосой сигнала df) спектральной области 4f < посредст. вом частот неизбирательного ограничения мощных составляющих ССП M(t) частотную режекцию указанных компонент

N(t) возможно осуществить только пе- . ред входом частотного детектора ),который является некогерентным демодулятором и выделяет информацию, заключающуюся в законе изменения мгновенной частоты ФМЧ-сигналов S(t) ° Фазовый детектор 17 является когерентным (т.е. фазочувствительным) демодулятором.

Режекторный фильтр 5 осуществляет

45 подавление ССП N(t) частота которой совпадает с центральной частотой f его настройки. Полоса режекции данного фильтра выбирается из соображений не только подавления .уже ограничен"

5р ной ССП M (t) в блоке 6, но и для по1 давления возможных спектральных составляющих нелинейных искажений N(t), возникающих при данном частотноизбирательном ограничении ССП M(t). На сигнальный вход режекторного фильтра

5 подается сигнал V<(t) с выхода блока 6. Поскольку полосы локализации нелинейных компонент N(t) определяются полосой df КК 25, то и полоса

1570022 режекторного фильтра 5 d f должна быть выбрана равной полосе данного КК

25 блока 6. После такого подавления линейного и нелинейного влияния ССП

N(t) режекторного фильтра 5 "очищенный" сигнал

Ч (а) S (t) + п(с), (4) V (t) = S (t) + М„() + n(t) (5) 40 где S,(t) †. часть полезного сигнала

S(t), попавшая в полосу пропускания d fä перестраиваемого фильтра 7.

Выходной сигнал адаптивного фильт-. ра 8 имеет вид

Z,() = W,(t) V<(t), (6) 56 где Ч (t) — изменяемая во времени г импульсная характеристика адаптивного фильтра 8, При воздействии сигнала ошибки

V>(t) с выхода широкополосного усилителя 16 на управляющий вход адаптивного фильтра 8 передаточной функции

W<(t) последнего изменяется таким обгде S (t) " это 8(t) с вырезным участком спектра, который поражен линейным и ! локализованным в блоке

6 нелинейным влиянием

CCII N(t), поступает на втррой сигнальный вход коммутатора 4 и далее с его выхода на вход частотного детектора.

Перестраиваемый фильтр 7 вь!деляет полосу частот, занятую ССП M(t). При этом в полосу попадает и часть полез- ного. сигнала S,(t). Ширина полосы прозрачности dfz"перестраиваемого фильтра и положение этой полосы на 25 частотной оси f выбирается таким образом, чтобы максимизировать отно. шение помеха/сигнал 1/ h в этой полосе частот 4Еп. Центральная частота настройки f данного фильтра совпада- З0 ет с частотой ССП N(t) и подстраивается под эту помеху.под воздействием приложенного напряжения U >ä,с первого управляющего выхода блока 6 на,управляющий вход перестраиваемого фильтра 7, Сигнал на входе адаптивного фильтра 8 можно представить в виде разом, что в блоке 9 обеспечивается оптимальное (по критерию минимума среднекрадратичеекой ошибки) подавление ССП Hgt) во входном воздействии

Чг(С). Действительно, совокупность из последовательно соединенных перемножителя 29 и интегратора 30 адаптивного фильтра 8 образуется коррек-. тор, выходной отклик которого Z (t) характеризует степень линейной,.стохастической взаимосвязи между воздействием Ч,1(С) на сигнальном (т.е. с выхода перестраиваемого фильтра 7) и управляющем Ч (С) (т.е. с выхода широкополосного усилителя 16) входах адаптивного фильтра 8. Этим и обеспечивается формирование выходного сигнала Z,(t) адаптивного фильтра 8 в максимальной степени похожего на подаваемую ССП M(t) (а значит и ее подавление в блоке 9) °

Таким образом адаптивный фильтр 8 учитывает и устраняет до блока 9 возможные различия характеристики при прохождении CCII M(t) от входа устройства через блок 6 до неинвертирующего входа блока 9 и от входа устройства через блок 15, перестраиваемый и адаптивный фильтры 7 и 8 до инвертирующего входа блока 9. Кроме того, необходимо отследить и возможные изменения собственно ССП М(с), претерпевшую частотно-селективные искажения в блоке 15 с практически неизбежной дисперсионностью ее характеристик.

Адаптивный фильтр 8 также позволяет устранить влияние изменения характеристик ССП M(t) во времени (поскольку параметры ССП M(t) . изменяются значительно медленнее, чем параметры полезного информационного сигнала S(t), который при высокоскоростноа передаче сообщений является существенно более широкополосным по сравнению с подавляемой ССП М(г.), На неинвертирующий вход блока 9 поступает сигнал Ч г(t) с сигнального выхода блока 6, а на инвертирующий выход — сигнал с выхода адаптивного фильтра 8 Z,(t). Выход сигнал блока

9 V (t) можно представить в виде

Ч6(с) = Vã(t) Z|(t) = S(t) +

+ M,(t) + N(t) + n(t) — Z, (t), (7)

Для минимизации искажений сигнала .

S(t) необходимо повышать отношение сигнал/шум Ь„:.1570022 10 вход блока 10. На выходе блока 10 формируется сигнал Чо(й),: (8) тттт

S(t) - S(t) +M„(t)+

V (t) Чс(t) — Е2(С)

+ N(t) + n(t) - Е, (t) Z 2(t) в (1 1) на сигнальном входе адаптивного фильтра 8. 10

С выхода блока 15 входн6е воздействие Ч,(t) поступает также на вход формирователя 20 (устройство возве.дения в третью степень — кубатор).

Входное воздействие Ч,(t) поступает одновременно на оба входа первого перемножителя 32 и одновременно, на второй вход второго перемножителя 33.

Сигнал V (с) с выхода первого пе2

1 .Ремножителя 32 умножается во втором перемножителе 33 еще раз на сигнал

Ч (), чем обеспечивается воздействие в третью степень входного воздействия

Ч (t) в блоке 20. Сигнал V>(t) посту3 пает на вход адаптивногу фильтра 21. Формирование сигнала Vj(t) на выходе формирователя 20 связано с тем, что нелинейные искажения N(t) в блоке 5 обусловлены в основном нелинейными эффектами третьего порядка. На выходе адаптивного фильтра 21, принцип дейj ствия которого идентичен принципу дей ствия адаптивного фильтра 8, формируется сигнал Z2(t), в максимальной степени похожий на подавляемые (и ло- 35 кализованные в блоке 6) нелинейные компоненты N(t) сигнала S(t) поступающие на неинвертирующий вход блока

10 с выхода блока 9, причем

40 (12) 1

U (t) - — — I U (t)de, ()3)

1 и„уд о где 7 — постоянная времени интегратора 2, Напряжение U (t) с выхода интегИ1 ратора 2 поступает на вход АЦП 3, который преобразует данное напряжение

V„ (t) в код, соответствующий мгновенной частоте f „ принятого текущего элемента сигнала S „(t), который и выдается на первый выход предлагаемого устройства .

Блок 15 производит задержку вход— ного воздействия V (t) на время ! равное длительности обработки одного элемента сигнала S (t) с момента поск тупления его на вход устройства до момента выдачи решения о частоте данного элемента сигнала S „(t) в виде кода с выхода АЦП 3 °

В блоке 12 центральная частота

f. опорного сигнала S (t) изменяет о n, п к ся (переключается) под мгновенную частоту Е к сигнала Б к(С) лишь в моменты поступления элементов сигнала

Я„(С) с частотой f кЕ (f )

Опорный сигнал S n(t) с частотой

f „с выхода, блока 12 поступает на

On.n вход генератора 13, который преобразует данный сигнал S„(t) во множество, l оп Й

Е2() — 1) (). V,(t), (10) на инвертирующем входе блока 9 . и уменьшать отношение сигнал/шум h2., S (t)

"а м, Ф+п(c) где W (t) -изменяемая во времени им2 пульсная характеристика адаптивного фильтра 21. . 45

При воздействии сигнала ошибки

V (t) с выхода широкополосного усили-.

1 теля 22 н;; управляющий вход адаптивного фильтра 21 передаточная функция 50

W (t) последнего изменяется таким обЪ разом, что в блоке 10 обеспечивается. оптимальное (по критерию минимума среднеквадратической ошибки) подавление нелинейных компонент N(t), возникших при частотноизбирательном oF раничении, в полезном сигнале S(t).

Выходной сигнал Z (с) адаптивного . фильтра 21 поступает на инвертирующий в котором скомпенсированы ограничен" ная в блок 6 собственно CCII И,(t) и нелинейные искажения К(t) возникшие при ее ограничении.

На выходе частотного детектора l по результатам приема элемента сигнала Я„(t) sa тактовый инвервал времени формируется напряжение U>> >Ä которое является функцией отклонения значения мгновенной частоты принятого элемента сигнала f„ от частоты настройки частотного детектора 1 Йя.

Данное напряжение U интегрируется за время тактового интервала интегратора 2, выходное напряжение которого равно

1l

1570О2

Каждый такой сигнал с отдельного выхода генератора 13 поступает на соответствующий сигнальный вход ключа

14. В ключе 14 под действием кода, содержащего информацию о мгновеннай частоте f принятого элемента сигнала

S „(t), производится коммутация к-ro сигнального входа, соответствующего данной частоте, на выход ключа 14, Опорный сигналS»k»kkk(С),центральная частота которого равна мгновенной частоте принятого элемента сигнала S (t), с выхода ключа 14 поступает на второй вход фазового детектора 17, на первый 1 вход которого поступает задержанный на время t> текущий элемент сигнала

Б»»(). На выходе фазового детектора

57 формируется напряжение U, являющееся функцией разности фаз принята- 20 го Б к(й) и опорного Я „„(t) сигналов: (14)

Напряжение U ф с выхода фазового дедетектора 17 интегрируется интегратором 18 и поступает на вход АЦП 19, который преобразует- напряжение Ц » с выхода интегратора 18.в код, соответствующий фазе принятого элемента, сигнала S (t) . Дальнейшая работа . предлагаемого устройства для приема сигналов с Ф1Ч .происходит аналогично описанному циклу приема одного элемента сигнала S „(t) °

Формула. изобретения

1. Устройство для приема сигналов с фаэочастатнай модуляцией, содержащее последовательна соединенные частотный детектор, первый ичтегратар и первый аналого-цифровой преобразователь, выход которого является первым выхрдам устройства и соединен с управляющим входом ключа, входы которога соединены с выходами генератора частот, а выход — с первым входом фазового детектора, выход которого через второй интегратор соединен с входам второго аналого-цифрового преобразователя, выход которого является вторым выходом устройства, входом которого являются соединенные первые сигнальные входы первого коммутатора и блока задержки, выход которого соединен с сигнальными входами перест-. раиваемага фильтра и второго каммута-, 2 l2 тора, выход которого соединен с вторым входом фазового детектора и через блок выделения несущей с вхцдом генератора частот, первый адаптивный фильтр, первый блок вычитания, выход которого соединен с входом первого широкополосного усилителя, выход режекторного фильтра соединен с вторым сигнальным входом первого коммутатора, выход которого соединен с входом частотного детектора, а т л и ч а ю— щ е е с я тем, что, с целью повышения помехоустойчивости путем устранения линейного и нелинейного влияний интенсивной сосредоточенной по спектру помехи, введены блок селекции и ограничения, второй широкополосный усйлитель, .последовательно соединенные формирователь опорного сигнала, второй адаптивйый фильтр и второй блок вычитания, причем вход блока селекции и ограничения является входам устройства. первый ега управляющий выход соединен с управляющими входами режектарнага и перестраиваемого фильтров, а второй управляющий выход — с управляющими входами первого и второго коммутаторов, сигнальный вход режектарнога фильтра и неинвертирующий вход первого блока вычитания соединен с выходом блока селекции и ограничения, выход перестраиваемого фильтра соединен с входом первого адаптивного фильтра, управляющий вход и выход которого соответственна соединен с выходом первого широкополосного усилителя и инвертирующим входам первого блока вычитания, выход блока задержки соединен с входом формирователя опорных сигналов, выход первого блока вычитания соединен с неинвертирующим входом второго блока вычитания, выход которого соединен с входом второго коммутатора и через второй широкополосный усилитель — с управляющим входом второго адаптивного фильтра.

2. Устройство па п.1, а т л и ч аю щ е е с я тем, чта блок селекции и ограничения состоит иэ первого и второго m âõîäoâûõ сумматоров, m âõoдавого блока сравнения, ш колебательных контуров со встречно включенными диодами на их входах, выходы каторых через последовательно соединенные кампараторы и усилители пастаяннога тока соединены с соответствующими в::одами первого m-вхадавага суммато-, 13 1570022 !4 ра, выход которого является первым ны с соответствущщими вхсдамп второуправляющим выходом блока селекции го m-входового сумматора. и ограничения, выходы компараторов 3. устройство по Il.1, о т л и ч асоединены с соответствующими входами . ю Ht е е с я тем, что формирователь

m-входового блока сравнения, выход

5 опорных сигналов состоит из последокоторого является вторым управляющим вательно соединенных первого и второвыходом блока селекции и ограничения, . го перЬмнокителей, причем первый и выходом и входом которого является второй входы первого перемножителя с ответственно выход второго m-вхо- и второй вход второго перемно кителя о

10 дового сумматора и входы колебатель- являются входом формирователя опорных ных контуров, выходы которых соедине- сигналов, выходом которого является выход второго перемнокителя.

1570022

Составитель Н.Лазарева

Редактор Н..Я.тола Техред Л.Сердюкова Корректор С.Черни

Заказ 1459 Тираж 530 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул. Гагарина, 101