Синхронно-фазовый фильтр

)5 ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОВЕДОМСТВО СССР(ГОСПАТЕНТ СССР) ИЕ ИЗО СВИДЕТЕЛЬСТВУ К АВТОРСКО(57) Использование: ратура связи с фазовойность изобретения; вфильтре достигаетсяустойчивости и расширпазона как благодаря осигнала и устойчивого си благодаря тому,чтошумовой компойенты вламй;2 ил. ОВЫ.Й ФИЛЬТР иотехника, аппараманипуляцией, Сущсинхронно-фазовом овышенив помехоние частотного диабеспечению поиска лежения. за ним, так меньшено влияние паузах между сигна(21) 4905069/09(71) Ростовский нинститут радиосв%8аучно-исследоватезиН,Г,Пархоменко.детельство СССР03 Н 7/01, 1983,льский Изобретение относится к области ради- соответственно и вычитатель 25, блок вы- ф отехники и может быть использовано в боркизайоминаййя 26, четвертыйкомпарааппаратуресистемсвязисфазовойманипу-. тор 27, фильтр нижних частот 28, а также ляцией (ФМ). второй й третий компараторы 29 и 30, аЦелью изобретения является повыше-такжеумножительчастоты 31.Ф ние помехоустойчивости и расширение час- . Устройство работает следующим абра- Я тотного диапазона. .зом.На фиг.1 представлена структурная .: Пусть на вход умножителя частоты 31 электрическая схема синхронно-фазового. поступает пакетный фазоманипулированфильтра; на фиг,2 - временные диаграммы,нйй сигнал Звх-на несущей частоте йъ, кото- иллюстрирующие работу устройства. :-: рая может в некоторых пределах изменятьсяСинхронно-фазовый фильтр содержит от пакета к пакету.(так; например в системе первый и второй квадратурные каналы 1 и 2, связи ИТЕ 1 ЛАТ-Ч ТОМА разброс частоты каждый из которых содержйт. первйй пере- сигнала от пакета к пакету может составлять множитель 3, фильтр 4 и второй перемножи-. до 6 кГц). Г 3 оэтому сигнал на входе устрой- тель 5,.управляемый генератор 6, сумматор ства цедесообразно представлять на интер, первый и второй квадраторы 8 и 9, допол- вале длительности пакета в виденительный сумматор 10, пиковый детектор11, первый компаратор 12, генератор 13 так-.. Явх = А 1 соз(а)0 г + 2 д 1/М)+)ч(1), (1) товых импульсов; первый, второй и третййэлементы И 14, 15 и 16, элемент ИЛИ 17, где М - число позиций фазовой манипуляреверсивный счетчик 18, цифроаналоговый ции;преобразователь 19, датчик частотной рас- .- целое число из множества (1,2 М), стройки 20, включающий компараторы 21 и определяющее передаваемый символ сооб первой и второй цепей соответственно, и щения;М(т) - аддитивный белый Гауссов шум, с . односторонней спектральной плотностью.Умножитель частоты 31 производит нелинейное преобразование входного ФМ сигнала, в результате чего на его выходе выделяется М-я гармоника входного сигнала, имеющая видЯ=Агсоз(Мао+2 т 1)+М 1(т), (2) где Аг - амплитудный множитель;Цф) - аддитивный шум на выходе умно- жителя 3.1 частоты;Из формулы (2) видно. что сигнал на выходе умножителя 31 частоты не имеет манийуляции фазы, а представляет собой синусоидальное колебание (на интервале длительности пакета) с добавкой в виде шу.мовой кпмпдненты. При этом мощность шума Мф) на выходе умножителя частоты 31 превышает мощность шума И на входе умножителя частоты 31 в М раз, Это следу 2ет из того факта, что каждое удвоение частоты сигнала увеличивает мощность шумовой составля 1 ощей на 6 дБ (или в 4 раза), Следовательно, в случае удвоения частоты, мощность шума возрастает в 4 раза, при учетверении - в 16 раз, а при умножении частоты в М раз мощность шума увеличится в М раз, Далее сигнал (2) поступэет на Объединенные входы первых перемножителей 2. На другие их входы поступают сигйэлы с выхода управляемого генератора6, При этом на вход первого перемножителя3 первого квадратурного канала поступаетсигнал видаЗг =2 созв 11, (3)а на вход первего перемножителя 2 второго квасщэтурвого канала сигнал видаБ, 2 Ыпв т, . (4)где в 1 - частота собственных колебаний управляемого генератора.После умножения сигнала (2) на сигналы(3) и(4) в соответствующих перемножителях . и пренебрегая составляющими с суммарнойчастотой, получим нэ выходах первых пере- множителей 2 первого и второго квадратур. нцх каналов соответственно+2%(т) зйв 1 с,(6)Дальнейшую работу устройства рассмотрим последовэттельно для трех различных условий,1. Априорная неопределенность несущей частоты сигнала очень мэлэ, то есть:. Сигналы с выходов фильтров 4 поступают на соответствующие входы вторых пере множителей 5, на другие входы которыхпоступа 1 от сигналь 1 (3) и (4). При этом на выходах вторых перемножителей 5 первого и второго квадратурных каналов получим 35соответственно:ЯсЬ Аг соз(М во - 2 в 1) т++А 2 соз М во 1+ 4 Иг(т) зал в 1, (10) 40 После суммирования сигналов (9) и (10)в сумматоре 7 получим 45 Ях фд 2 А 2 соз М во т+ 4 Йг(1), (11) Из выражения (11) видно, что мощность шу. ма на выходе сумматора 7 существенно уменьшается по сравнению с мощностью шума навыходе умножителя частоты 29. Величина полученного улучшения отношения сигнал-шум численно равна отношению ширины спектра исходного ФМ сигнала к полосе пропускания фильтров 4.. 2, Начальная расстройка несущей частоты сигнала немного меньше полосы пропускания частоты среза фильтров 4, то есть; Двйу,Работу устройства в такой ситуации удобно проиллюстрировать с помощью Лв = М во - в 1 Ф 0 и значительно меньше по величине, чем полоса пропускания йь фильтров 4,При этом первые слагаемые выражений 5 (5) и (6) имеют частоту меньше полосы пропускания фильтров 4, и, следовательно, беспрепятственно проходят через них. Вторые слагаемые представляют собой перенесенную в область нулевых частот компоненту 10 шума, Ширина спектра шума равна скоро.сти передачи информаций, тогда как полоса пропускания фильтров 4 имеет в 100-1000 раз меньшую величину. Следовательно, шумовая компонента на выходах фильтров 4 в 15 100-1000 раз меньше; чем мощность шумана их входах Обозначив шумовую компоненту, отнесенную к .часготе М в,.(как и в выражениях (5) и (6,через Мгф получим сигналы на выходах фильтров 4 и первого е 20 второго квадратурных каналов соответственно:временных диаграмм, приведенных на фиг,2.Сигналы, определяемые выражениями (5) и (6), поступают на входы соответствующих фильтров 4. При этом, поскольку частота биений Ла = М во - вг сравнима с частотой среза фильтров, сигналы на их выходах приобретают некоторую задержку, которая на выходе устройства преобразуется в фазооый сдвиг восстановленной несущей, что является нежелательным, роме того, при этогл снижается уровень полезного сигнала (из-за близости к граничной частоте фильтра) и возрастает уровень шума (вследствие возникающей асимметрии спектра). Сигналы на выходах фильтров 4 первого и второго квадратурных каналов показаны на фиг.2, кривые э и б соответственно. На временных диаграммах изображены сигналы от двух пакетов, при этом для первого пакета ЛоО, а для второго ЛогО, (ак видно из выражений (7), (8), а также фиг,2 изменение знака Лог не оказывает влияния на фазовый сдвиг сигнала на выходе фильтра 4 первого коэдратурного канала, тогда как на выходе фильтра 4 второго коадратурного канала сигнал изменяет свою фа.зу на 180.Эти сигналы поступают на входы коглпэраторов 21 и 22, где преобразуются о импульсные последовательности типа "меандр", На фиг.1 о, г и д изображены временные диаграммы сигналов, соответственно, нэ прямом. выходе компаратора 22 на его инверсном выходе и на вьгходе компаратора 21, Сигнал с выхода компаратора 21 поступает на информационные входы Р- триггеров 23 и 24 (фиг,2 д), а нэ их тактовые входьг поступают импульсные последовательности с соответствующих выходов компаратора 22, О-триггер осуществляет запись состояния на информационном входе при положительном перепаде (изменении состояния от низкого уровня к высокому); на его тактовом входе, Сигналы нэ выходах О- триггеров 23 и 24 представлены на фиг.2 е и ж, соответственно, Видно, что при ЛвО, на выходе О-триггерэ 23 формируется высокий логический уровень, а на выходе О- триггера 24 - низкий, П ри Л и0 высокий уровень формируется на выходе 0-триггера 24, а низкий - нэ выходе О-триггера 23. После вычитания полученных сигналов в вычитателе 25 сигнал на его выходе имеет вид фиг.2 з. Видно, что сигнал на выходе вычитателя 25 содержит информациго о знаке частотного рассогласования устройства,В то же время сигналы (7) и (8) поступают нэ входы соответствующих квадраторов 8 и 9, Пренебрегая для простоты шумом, навыхода квадрэтороо 8 и 9 имеем 5 с=А соз Ло)с, (12) 5 =А эи Ла)с (13) После выполнения суммирования в дополнительном сумматоре 10 получим 10(14) де которого начинает уменьшаться, Это приводи к уменьшению ггаг 1 ряжения на оыИз формулы (14) видно, что сигнал навыходе дополнительного сумматора 10 имеет смысл мощности полезной составляю щей, Из-за наличия шума в выражении (14)появится флуктуэционная компонента. ЕС- тестоенно, что в паузах между пакетами сигнал на выходе дополнительного сумматора 10 соответствует мощности шумовой со ставляющей. Данный сигнал показан нафиг.2 и, Сигнал с выхода дополнительного суглглатора 10 поступает на третий компэ 2 сгатор 27, имеющий порог срабатывания А 2 (показан на фиг,2 и - пунктирной линией), В 25 результате, получим нормированный поуровг:ю сигнал огибающей пакетов (фиг.2), Данный сигнал поступает на управляющий вход блока выборки - запоминания 26, При этом, при наличии пакета, производится оы борка, то есть сигнал со охода блока 26беспрепятственно пооходит на его выход, а в случае отсутствия пакета блок 26 переоодится о режим хранения (фиг,2).Такое решение позволяет исключить 35 воздействие шумовой компоненты о паузахглежду пакетами, что особенно важно при слабой информационной загрузке (когда количество пакетоо невелико).Сигнал с выхода блока выборки-зэпо минания 26 поступает на вход фильтра 28,который осуществляет усреднения полученного ггапряжения, э с его выхода - на прямой вход второго компаратора 29 и на иноерсный вход третьего компаратора 30.45 Пороги срабатывания компаратороо 29 и 30показаны нэ фиг,Зл пунктирными линиями, при этом линия на уровге+ Л соотоетстоует второму компарэтору 29, а линия на уровне - Л третьему компаратору 30.50 Из фиг,2 л видно, что при Лиг0 сигнална входе второго компаратора 29 превышает установленный порог, формируя на его выходе сигнал высокого логического уровня. Данный сигнал, поступая на вход треть его элемента И 16, разрешает прохожденияимпульсоо с генератора 13 нэ оычитающий оход реверсивного счетчика 18, код нэ оыхо 1798889ходе цифроаналогового преобразователя 19, которое поступает на управляющий вход управляемого генератора 10, изменяя его частоту до тех пор, пока не будет скомпенсирована частотная расстройка устройства.При Ьа0 на выходе третьего компаратора 30 формируется высокий логический уровень, в результате чего импульсы с выхода генератора 33 через второй элемент И 15 и элемент ИЛИ 17 поступают на суммирующий вход реверсивного счетчика 19, В результате, напряжение на выходе блока 19 увеличивается до тех пор, пока.не компенсируется частотная расстройка устройства,После компенсации частотной расстройки устройство обеспечивает эффективную работу, обеспечивая высокое отношение сигнал-шум восстановленной несущей, как показано в п.1,3. Начальная расстройка несущей частоты сигнала превышает полосу пропускания фильтров 4, то естьЬ и 1йЬ.В этом случае сигнальные компоненты в выражениях (5) и (6) оказыва 1 отся существенно подавленными на выходах фильтров 4. Следовательно, напрякение на выходе дополнительного сумматора 10, характеризующее мощность сигнала, также будет существенно нике, чем в случаях, описанных в пп.1, 2. Данный сигнал поступает на вход пикового детектора 11., обеспечивающего нечувствительность устройства к интервалам между пакетами и к быстрым флуктуациям мощности сигнала, Напряжение с ,выхода пикового детектора 11 поступает на вход четвертого компаратора 27, в котором уста н о олен и о рог немного меньше., чем мощность сигнала при малой частотной рэсстройке(п.п,1,2). Но посколькувданномслучае мощность сигнала суЩественно снижена, то сигнал с выхода пикового детектора 11 не превышает установленного порогового уровня и нэ выходе первого компэратора 12 формируется сигнал высокого логического уровня, который поступает на вход первого элемента И 14 и разрешает прохождение импульсов с генератора 13 через элемент первый И 14 и элемент ИЛИ 17 на суммирующий вход реверсивного счетчика 18.В результате воздействия на частоту управляемого генератора 10 обеспечивается поиск во всем диапазоне неопределенности, Отметим, что зона поиска в данном случае ограничена только диапазоном перестройки управляемого генератора 10 и мокет быть выбрана весьма большой.51015 20 25 30 35 40 э 45 50 После того, как в результате поиска, величина частотной расстройки Ьвстанет меньше полосы пропускания фильтров 4, мощность сигнала на выходе дополнительного сумматора 10 существенно увеличится, что приведет к срабатыванию первого компаратора 12, на выходе которого появится сигнал низкого уровня, который запретит прохождение импульсов с генератора 13 через первый элемент И 14.Так как при этом величина частотной расстройки станет меньше полосы пропускания Фильтров 4, устройство обеспечит дальнейшее функционирование в соответствии с алгоритмом, изложенным в п.2 и п.1,Формула изобретения Синхронно-фазовый фильтр, содержащий два квадратурных канала, каждый из которых выполнен в виде последовательно соединенных первого перемножителя, фильтра и второго перемножителя, а также сумматор, входы которого подключены к выходам квадратурных каналов, датчик частотной расстройки, входы которого подключень 1 к выходам фильтров какдого квэдратурного канала, фильтр нижних частот, подключенный к выходудатчика частотной расстройки, и управляемый генератор, выход и квадратурный выход которого подключены к другим входам перемножителей одного и другого квадратурных каналов соответственно, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что,"с целью повышения помехоустойчивости и расширения частотного диапазона, в него введены первьй и второй квадраторы, входы которьх подключены к выходам фильтров каждого квадратурного канала, последовательно соединенные дополнительный сумматор, входы которого подключены к выходам первого и второго квадраторов, пиковый детектор и первый компаратор, последовательно соединенные реверсивный счетчик и цифроаналоговый преобразователь, выход которого подключен к входу управляемого генератора, последовательно соединенные генератор тактовых импульсов, первый элемент И и элемент ИЛИвыход которого подключен к одному входу реверсивного счетчика, второй элемент И, выход которого подключен к другому входу элемента ИЛИ, третий элемент И, выход которого подключен к другому входу реверсивного счетчика, второйкомпаратор, вкл 1 оченный между выходомфильтра нижних частот и одним из входов третьего элемента И, третий компаратор, инверсный вход которого подключен к выходу фильтра нижних частот, а выход - к одному из входов второго элемента И, блоквыборки-запоминания и четвертый компаратор, включенный между выходом дополнительного сумматора и управляющим входом блока выборки-запоминания, при этом фильтр нижних частот подключен к выходу датчика частотной расстройки через блок выборки-запоминания, а датчик час- тотной расстройки выполнен в виде двух цепей, каждая из которых выполнена в виде последовательно соединенных компаратора и О-триггеров, причем тактовый вход 0 триггера первой цепи подключен к выходукомпаратора второй цепи. тактовый вход Отриггера второй цепи подключен к икверс 5 ному выходу компаратора первой цепи, ивычитателя, входы которого подключены к .выходам О-триггеров, цепей, при атом выхо-,ды компараторов цепей явйяются входамидатчиками частотной расстройки, а выходЮ вычитателя - его выходом,.1798889 Д/улг Реда кто Коррект ре аказ 778 Тираж Подписное ВНИИПИ ГосударственногО комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент город, ул,Гагарина, 101 Пакеп 1 41 дИ) О Составитель Л. Эляда, Техред М.Морген Пакет И 2 дСО 0