Устройство восстановления несущей частоты

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИРЕСПУБЛИК 5)5 Н 04 1 27/О ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ ПРИ ГКНТ СССР. 8 ЛШВЙЙ 1УБЮЧ 0. ПТРЧИ.Л "-у г РЕТЕЙИ ОПИСАНИЕ ЕЛ ЬСТВУ К АВТ ОМУ С ЪФу .,Изобретение относится к радиотехнике множителя, выход которого соединен с вхои может быть использовано в когерентных дом схемыфазовойавтоподстройкичастоты приемныхустройствахбинарныхфаэомани- (ФАПЧ), выход которой является выходом пулированных (ФМн) сигналов. устройства и, кроме того; присоедИнен сИзвестны устройства восстановления. опорномувходу"первого ФД,несущей частоты, использующие схему фа- Схема ФАПЧ содержит последовательзовой автоподстройки частоты (ФАПЧ) с но соединенныевторой ФД, фильтр петли квадратором, а также схему Костаса и схему (ФП), сумматор, перестраиваемый генераТравина.: тор (ПГ), фазовращатель (ФВ), причем входЭффективность таких устройств резко ФД является входом, а выход ФВ - выходом падает при уменьшении отношения сиг- схемы ФАПЧ, выход ПГ, кроме того, присонал/шум, единен к опорному входу ФД, а на второйНаиболее близким по технической сущ- вход сумматора подается" напряжение по- ности к предлагаемому является устройство иска сигнала.восстановления несущей частоты со снятием манипуляции(ремодуляцией). Данное ус- При уменьшении на входе устройства тройство содержит первый фазовый отношения сигнал/помеха происходит уведетектор (ФД), вход которого соединен с личениефазовойошибки,измеряемойсредвходом перемножителя и является входьмнеквадратичнйм -угловым отклонением устройства, выход первого ФД подключен вектора опорного колебания ц(т,Ж) от векточерез ограничитель к другому входу пере- ра несущего колебания сигнала,ЬОО ОО(57) Использование; радиотехника; когерен- .тные приемники сигналов бинарной фазовой манипуляции, Сущность изобретения. устройство содержит два фазовых детектора, два компаратора, два ключа, элемент И, элемент ИЛИ - НЕ, фазовращатель на л/2, сумматор, узкополосный следящий фильтр, выполненный в виде кольца ФАПИ, и фаэорасщепитель сигнала, Повышениепомехоустойчивости при . воздействии флуктуационных помех достигается за счет стробирования входной смеси ключами, в связи с чем пропускаютсялишь те участки входной смеси, на которых сигнал накапливается более эффектйвно, чем шум, 1 э.п.флы, 10 ил,1755388 ИГ Ю Составитель А.СаввиновТехред М,Моргентал ктор ректор И,Муска зл м при ГКНТ ССС Хоизво аказ 2899 Тираж ВНИИПИ Государственного комитета по и 113035, Москва, Ж.35о-издательскии комбина Подписнозобретениями открыРаущская наб., 4/5 Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 1С наибольшей ошибкой принимаютсяучастки входной смеси с.фазами вблизи зна-,чений + л /2,Наличие шума во входной смеси приводит к появлению в выходном сигнале ремодулятора дискретной составляющей шума(ДСШ). Фаза этой составляющей равна фазе опорного колебания, а амплитуда определяется уровнем шума на входеустройства. Суммарная дискретная составляющая на входе узкополосного следящегофильтра (УПСФ) равна векторной сумме дискретной составляющей сигнала (ДСС) иДСШ. Оба слагаемых имеют одну частоту ипоэтому сужением шумовой полосы схемыУПСФ ДСШ не может быть ослаблена, Приуменьшении отношения сигнал/шум ДСШвозрастает и УПСФ начинает отслеживатьравномерно распределенную фазу шума,что определяет предел помехоустойчивостиустройств восстановления несущей часто. ты, основанных на ремодуляции входногосигнала,Цель изобретения - повышение помехоустойчивости устройства восстановлениянесущей частоты при воздействии флуктуационных помех.Поставленная цель достигается тем, чтов устройство, содержащее последовательносоединенные ФД и компаратор, причем сигнальный вход ФД является входом устройства, УПСФ, выход которого являетсявыходом устройства, введены второй ФД ивторой компаратор, логические элементы- л /4, два ключа и сумматор, Сигнальныйвход второго ФД соединен с входом первого ФД, выходы обоих ФД через соответствующие ком параторы соединеныодйовременно с соответствующими входами логических элементов 2 И и 2 И-НЕ, выходы которых соединены с управляющими.входами соответствующих ключей, Выходыобоих ключей объединены через сумматор и.подсоединены к входу УПСФ. Сигнальныевходы ключей подключены к входу устройства, причем вход второго ключа - черезфазовращатель на л /2. Опорные входыобоих ФД подключены к соответствующим+л/4, второй ФД - к выходу - л /4, входФРС соединен с выходом УПСФ,Повышение помехоустойчивости предлагаемого устройства достигается за счетстробирования входной смеси х по фазовому признаку, что позволяет сохранитьсинхронизм восстановленной несущей с несущей частотой принимаемого ФМн-сигна ла при более низких отношениях сигнал/помеха,На фиг,1 представлена функциональная схема предлагаемого устройства, где обозначено: 1,1 и 1.2 - ФД, 2,1 и 2,2 - компараторы, 3.1,1 - логический элемент 2 И, 3.2,1 -логический элемент 2 ИЛИ-НЕ, 3,1.2 и 3,2,2 - ключи, 3.2,3 - ФВ на л/2, 4 - УПСФ, 5 - сумматор, 6 - Ф РС на + л /4 и -л /4.Предлагаемое устройство содержит ФД 1,1 и 1.2, входы которых объединены и являются входом всего устройства, а выходы через компараторы 2.1 и 2.2 подключены к соответствующим входам логического эле 10 мента 2 И 3,1,1 и логического элемента 2 ИЛИ - НЕ 3,2,1 выходы которых подсоединены к управляющим входам ключей 3.1,2 и 3.2.2 соответственно. Выходы ключей 3,1,2 является выходом устройства, Сигнальный вход ключа 3.1.2 соединен с входом фазовращателя на.л/2 3,2,3 и соединен с входом устройства и входами ФД 1,1 и 1.2. Выход 25 30 фазовращателя на л /2 3.2.3 соединен с сигнальным входом ключа 3.2,2. Опорные входы ФД 1,1 и 1,2 соединены с соответствующими ФРС 6 выходами, вход которого подсоединен к выходу УПСФ 4,Предлагаемое устройство работает следующим образом Смесь ФМн-сигнала и помехи х(с) = Я(т)+п(т) поступает на сигнальные входы ФД 1,1 и 1,2 и ключа 3,1,2. На вход ключа 3,2,235 входная смесь поступает после инвертирования фазовращателем 3,2,3. На управляющий вход ФД 1,1 поступает опорноеколебание с 11(т,Ф) = с 1(т,ф + л/4), полученное путем задержки в ФРС 6 на л /4 коле бания с 1(1,Ф), вырабатываемого УПСФ 4,Аналогично с второго выхода ФРС 6 на управляющий вход ФД 1.2 поступает опорное колебание ср(т,б) = с 1(т, Ф - л /4), На выходах ФД 1.1 и 1.2 напряжения яф) и е 2(т) положительны или отрицательны в зависимости от значения угла ЬФ отклонения вектора х(т) (фиг.2). Компараторы 2.1 и 2.2 квантуют соответственно напряжения яф) и ер(т) на два уровня ("0" или "1") и подают на логические элементы 3,1.1 и 3,2.1. Под " воздействием сигналов Фд(с) и %о.(т) с выходов компараторов 2.1 и 2.2 элементы 3.1.1 и 3.2,1 вырабатывают логические сигналы Чф) и Чг(1). Ключ 3.1,2 под воздействием сигнала Ч 1 = "1" пропускает входную смесь х на УПСФ только при - л /4Ф50 55(+ л /4, Ключ 3.2.2 под воздействием сигнала Ч 2 = "1 пропускает инвертированную входную смесь у(1) = х(т) только при 3 л/4Ф и 3.2.2 обьединены через сумматор 5 и под 20 соединены к входу УПСФ 4, выход которого";ДФ 7 лл /4 напряжения Ч 1(с) = Ч 2(1) = О, ы/4,3 л/4), 5 л/4,7 л/4) иДСС равнавходной смеси в интервалахключи 3,1.2 и 3.2,2 размыкаются и подача нулю, Поэто УПСФсигнала на УПСФ и ека прекращается. Сигнал на ДСШ, фаза которой меняется случайным об д р ДСС р зом, Под действием шумовых флуктуацийвыходе сумматора 5 Р/(1) соде жит ДСС 5 але ания сф, ) начинает, отслеживает фазу этой составляю- вектор опорного кол б (,Ф)щей и выдает опорное колебание о(с,Ф), яв- смещаться от поло /2, 06жениял, ласти строщ я оценкои несущего колебаниябироеания также смещаются, ДСС ввходного ФМн-сигнала Я(с).смещаются, Д возрастает, УПСФ начинает отслеживать сумму, пока вектор (ф,Ф) не перемеомеха п(1) в отсутствие сигнала имеет 10 ДСС и ДСШ пок (,Ф)равномерное. распределение фазы (фиг,З) стится в област 0 (1ласть (или л при "обратнойш(Р) = у - лр л . Вектор и (о) Работе" ), где значение ДСС максимальное.л. Восстановление несущей частоты в схепринимает в пределах - лр л про- ме с ремодуляцие фемодуляцией с фаэовым стробироеасть ю (фи г.4) иизвольные положения с равной вероятно нием основано нано на оценках фаз единичныхнест оби встью (фиг. ), поэтому входной элементов ФМн-сигнала. Правильное расдиничных элементов увеличир рованныи( чистый ) шум несодер- познавание единичныхжит дискретной составляющей (каждому вает выходное отнзначению и( р соответствует равноеероят- уменьшает дисперсию фазы и вероятностьное значение п(р+ л) = -п(р) и суммарное 20 ее перескоков, Ошибочные решения ведут кния й евно н лю,значение проекций на ось опорного колеба- уменьшению отношенияя сигнал/шум засчет взаимной компенсации правильно иПринцип действия предлагаемого уст- непРавильно принятых элементов сигнала,ройства (как и устройства прототипа) осно- Та к как области значений фазван на формировании ремодулятором из 25 л/4,3 л/4) и 5 л/4,7 л/4) соответстввходной смеси дискретной составляющей, уют решениям с повышенной вероятностьюкоторую отслеживает УПСФ, Ремодулятор ошибки, они блокируются (фиг.2),осуществляет преобразование интервала Системы, использующие бланкирова+ л значений фаз входной смеси х(т) е вели-ние входной смеси для повышения.помехочину, меньшую+л, что приводит к появле устойчивости, известны. Так, например, внию в его выходном сигнале О/(1) суммарной схеме слежения за фазой прерывистого сиг-.дискретной составляющей от сигнала и шу- нала при пропадании сигнала исчезает поНлезное напряжение на выходеа фиг.5 показана векторная диаграм- дискриминатора, обусловленное преобрама, поясняющая образование ДСШ й( р) 35 зованием сигнала, но сохраняется флуктуи ри выделении из шума составляющих с ционное напряжение. Для того, чтобыя луктуафазами, ограниченными интервалом исключить его влияние на формирование-фр ф, гдеф (л . оценки фазы, производится размыканиеВ предлагаемом устройстве стробиру- следящей системы, Так как компенсацияются (пропускаются) участки входной сме элементов сигнала в предлагаемом устройси, на которых сигнал накапливается более стве эквивалентна его пропаданию, то бланэффективно, чем шум; а остальные участки ки рова ние соответствующих участковблокируются (стираются). входной смеси также дает положительныйУменьшение вероятности срыва синх-эффектронизации в ремодуляторе со стробирова Доказательством достижения поставнием по . фазе обусловлено ленной цепи может быть оценка эффективпредотвращениемскачкауправляющегона- ности предлагаемого устройства попряжения вУПСФ при больших выбросах сРавнению с прототипом, проведенная дляквадратурной компоненты шума, За счет до- случая малого отклонения фазы входнойстаточно большой постоянной времени (уз смеси от фазы опорного колебания, Для этокой полосы пропускания) сохраняется го получим выражение для функции распресинхронизм даже при бланкировании эна-. деления фазы смеси бинарногочительной части смеси, . Фмн-сигнала и узкополосного гауссовогоРассмотрим вопрос вхождения предла- шума Рсм( у 7 ) при малых отношениях сиггаемого устройства в режим слежения, 55 нал/шум:Пусть, в начальный момент фаза опорного колебания находится за пределамиин- Р,1 Ртервала -л/4,л/4 ) и для определенностиравна л /2. Тогда стробируются участки1755388 Откуда 20 50 Слагаемое й( ф ) = - з 1 п ф не зависит от2.ЙЛсигнала и является ДСШ. Слагаемое Я (ф55 а- ( соз ф з 1 п 2 ф+ 3 и ф) является3 тоя ДСС, Исследование на экстремум выражения для 3(ф ) показывает, что ДСС имеетмаксимум при ф:л/4 (фиг.10);. где Р 1(л ) - функция распределения фазы смеси синусоидального сигнала с нулевой начальной фазой и гауссового шума;. Р 1(у 7+л )-функция распределения фазы смеси синусоидального сигнала с начальной фазой ли гауссового шума.Функция распределения фазы смеси синусоидального сигнала с начальной фазой 1 о, и гауссового шума при отношениях сигнал/шум 1 определяется выражением;Рсм 11 о)2 + 22:с 2 соо (14 1 са) +1 а+ соз 2 ( у) - 1 щ );4 ло 2- уругде а - амплитуда синусоиды;о 2 - дисперсия шума.Таким образом, для смеси бинарногоФМн-сигнала и гауссова шума при отношениях сигнал/шум " с 1 функция распределения фазы определяется выражениемРсм (ф)- - + созе,1 а4 ло 2- д 1 Р д;На фиг,б и 7 показан график функцииРср 4(Р) в ДекаРтовых кооРДинатах, а также аполярных соответственно,Предлагаемое устройство осуществляет стробирование входной смеси х(т) пофазе в пределах - л/4 ср сл/4 и3 л/4 с 1(р с 5 Ы 4, в то время как устройство-прототип - в пределах - л/2 с р с л/2и ж/2 с р с 3 Уг/2 (фиг,2), Покажем, чтопредлагаемое устройство эффективнее устройства-прототипа и что выбор интерваловстробирования- т/4,л/4 1 и3 7 г/4, 5 л/4 ) является оптимальным,Для этого предположим, что стробирование производится в произвольном интервале 2 ф - ) Срсф и(л - ф) с р с (л+ фр) . В предлагаемомустройстве для этого необходимо установитьзадержку в ФРС б на ф и - ф = (2 7 г - ф) .Дискретная составляющая от части смеси, фаза которой заключена в интервалеМ М (фиг Л А ( ур) , пропорциональнаФ. составляющей равна средней величине сумарной проекции вектора смеси в заданнофазОвом интервале на ось опорного колебния, Угловая плотность распределенисредних значений модуля вектора М/(1) опрделяется функцией распределения фазы ф ( р) входной смеси . Рср (Р) =Рср Р(р), где рср не зависит от р.Следовательно, средняя величина проекции А(ф) вектора Щ) на ось ц(1,Ф) равна Ю ЮЯ(Щ=) (1 р(ср(со 51 р 31 р(1Р(ср)соорйсЯ.10 -1) . -Ю 15 А (111(щ - АР):Р ( Р(Ч)соо(РдсРсп илирА (М)-3 Р (р) соз р б рФАналогично дискретная составляющаячасти в интервале (д" - ф, к+ф) равна,7 г+ ф25 А(ф) -3 Рсм (у)созфбрл-фПри этомА(Ф) =-А"( Ю)На фиг.8 и 9 показаны векторные диаг раммы, поясняющие образование дискретных составляющих А(ф) и А"( ф) на выходеремодулятора за счет стробирования входной смеси х(т) в интервале+ ф (относительноО и л соответственно) и составляющей АХ 35)ф ) выходной смеси МЧ(т). получаемой путемсложения А(ф ) и инвертированной А"(ф),Суммарная дискретная составляющаядля обоих фазовых интервалов стробирова ния с учетом инверсии входной смеси в фазовращателе 3,2.3 равна 45 А Ц с 4 (1 р(4( - + 4 - , СОР с 1 р( СО О у 4 СрМой, юРф51 И ФСОб ВАЛИЯ(1)+ 1 З 1 И ), .Дп 1 ах Б ( ф) = 5 ( л/4 ) -Фэло 2ДСШ при =я/4 равнаМ (л/4) =Для устройства-прототипа ф =ж/2 , аДСС и ДСШ соответственно равны,Я (л/2) -злсРИ (л/2) = -э 2Таким образом, для предлагаемого устройства по сравнению с прототипом выигрыш в отношении сигнал/шум составляет 1/2 эа счет увеличения ДСС и Г 2 - эа счет уменьшения ДСШ (которая не может быть ослаблена сужением шумовой полосы УПСФ 4, так как частоты ДСС и ДСШ одинаковы),Формула изобретения 1. Устройство восстановления несущей частоты, содержащее последовательно соединенныеузкополосный следящий фильтр, фазорасщепитель сигнала на + л 4 и - Тг/ /4, первый фазовый детектор и первый компаратор, соединенные последовательно второй фазовый детектор и второй компаратор, соединенные последовательно, первый перемножитель и сумматор, а также соединенные последовательно фаэовращатель нал /2 и второй перемножитель, причем вторай вход сумматора соединен с выходом5 второго перемножителя, а выход сумматора- с входом узкополосного следящего фильтра, второй вход второго фазового детектораподключен к второму выходу фазорасщепителя сигнала на + л /4 и - д /4, а вход10 первого перемножителя, фазовращателя нал/2 и первые входы первого и второго фазовых детекторов являются входом устрой-.ства,отли чающееся тем,что,сцельюповышения помехоустойчивости при воз 15 действии флуктуационных помех, в неговведены элемент И и элемент ИЛИ - НЕ, апервый и второй перемножители выполнены в виде ключей, причем выход элемента Исоединен с управляющим входом первого20 ключа, выход элемента ИЛИ - НЕ - с управляющим входом второго ключа, первые вхо-ды элементов И и ИЛИ - НЕ соединенц свыходом первого компаратора, а их вторыевходы - с выходом второго комйаратора,25 2. Устройство по п,1, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что узкополосный следящий фильтрвыполнен в виде блока фазовой автоподстройки частоты, состоящего из соединенныхв кольцо фазового детектора, фильтра петли30 и подстраиваемого генератора, при этомвторой вход фазового детектора являетсявходом устройства, а выход подстраиваемого генератора - его выходом,