Устройство формирования сигналов с ограниченным спектром частот

И) 1) НОЗС 1 ИСАВТОРСНО ИЗО ЕНИЯ ормиро"системахцифровойя радио 7 бретени редназн ных сооб адиотехотносится к чено для перед ений по канал ой частот. Цеп уменьшение и сигналов. Ус нике и днскрет раничен ретения спектра ам с огью иэобкажений ройство ой полоявляетсвыходных стройства форраниченным спе4 - пример пракблока 6 эадаентов.рования сигналов тром частот (фиг.1инвертор (УИ) 1,нию задержки(2 Х+1+М)-разряд(РС) 3, делитель 4 мирокт зобретен и предн тся к радиотдля передачипо каналам счастот,является умера выходных относначено ни ди тных с полосой ен ра цретения ий спек ью из нскаж ние гналов. На фиг. 1 на структурная мнрования сигма пектром частот; енные диаграюаю ри хема устройстваов с ограниченна фиг. 2 н 3 -(71) Куйбышевский электротехническийинститут связи(56) Чоке М., Насбомер Г., фванне сигналов .в синхронныхпередачи данных посредством"эхо-модуляции". - Зарубежнаэлектроника, 1973, 1 1, с, 25,рис. 12. 54) УСТРОЙСТВО ФОРМИРОВАНИЯ СИГНАЛОВ ОГРАНИЧЕННЫМ С 11 ЕКГРОМ ИСТОТ содержит управляемый инвертор (УИ),линию задержки с отводами, регистрсдвига, делитель частоты, ключи,блоки задания весовых коэффициентов,инверторы,фильтр нижних частот и суммирумщий усилитель (СУ) . Использование суммирукщих резисторов (из состава СУ) одинакового номинала упрощаеткомпенсацию погрешности формированиясигналов, обусловленной смещением нулевого уровня на выходе СУ, Введениев устройство блоков задания весовыхкоэффициентов, нагруженных на суммирующие резисторы, позволяет формироватьсигналы с ограниченным спектром с любой формой среза спектра путем изменения величин и знаков отсчетов вблоках задания весовых коэффициентов.Введение в устройство УИ приводит куменьшению погрешности формированиясигнала, т.к. в этом случае сигналыразной формы обрабатываются однимии теми же блоками задания весовыхкоэффициентов. 4 ил. поясняющие работу увания сигналов с огом частот; на фиг,тической реализацииния весовых коэффициУстройство форинс ограниченным спексодержит управляемый1646042 частоты, (4 И+2) ключей 5- 5,сс(+2, (2 И+2) блоков 6- бн+ задания весовых козф(ициентов, М инверторов 7 -7 ц, Фильтр нижних частот (ФНЧ) 8, суммирующий усилитель 9. Ьлок 6 задания весовых коэффициентов (фиг. 4) содержит входной резистор 10, повторитель 11, первый, второй и третий резисторы 12 - 14 обратной связи, операционный усилитель 15 н потенцио.- метр 16.Устройство формирования сигналов с ограниченным спектром частот работает следующим образом. 15Рассмотрим работу блока 6 (фиг. 4). Сигнал, полярность которого определяется знаком соответствующего импульса перекодированной последовательности, записанного в соответствующий разряд ЛЗ 2 через соответствукюций ключ 5, подается на вход блока 6, при этом на выходах повторителя 12 и операционного усилителя 16 присутствуют разйополярные уровни напряжения с амплитудой 25 0, где + выходные напряжения микросхем, близкие к напряжению питания. Со среднего вывода лотенциометра 17 снимаетсязначение отсчета формируемого сигнала, причем амплитуда отсче та определяется величиной смещения движка потенциометра 17 относительно среднего положения и мажет изменяться от нуля до 11, а знак формируемого отсчета определяется направлением смещения движка потенциометра 17 относительно среднего (нулевого) положения. Если движок смещен в сторону вывода, соединенного с выходом повторителя 12, то формируется отсчет положительной 40 полярности. Когда ключ 5выход которого соединен с входом блока 6, закрыт, вход блока 6 через входной резистор.11 привязан к нулевому потенциалу и при Этом на Выходе Повторитеяя 45 12 и операционного усилителя 16 присутствует нулевой уровень, а следовательно, нулевой уровень присутствует и на выходе блока 6, таким образом, полностью исключается влияние помех50 ло цепям питания на полакение нулево го уровня на выходе блока 6. где К,(с),Н(С) и Я 1(С), Ч(С)- синфазные и квадратурныв коипонентм 55однополосных сигналов со спектрами 6 (Г) и Й (Е) соответственно, Выражение (2) можно переписать ввиде Входные данные в Форме двоичной последовательности подаются на сигнальный вход УИ 1. Скорость подачи последовательности определяется интервалом манипуляции Т (длительность двоичного символа) и равна 1/Т. 11 ример входной последовательности дан на фиг. 2 а. На вход управления УИ 1 подается управляющий сигнал (фиг.26). Следует отметить, что форма сигнала (фиг, 2 б) на входе управления УИ 1 определяется соотношением несущей частоты Формируемого сигнала и скорости манипуляции входных данных В.В случае реализации в устройстве амплитудной модуляции с частично подавленной боковой полосой при соотношении К И 11/2 3 (например, передача дискретных сообщений, поступающих со скоростью 3200 ьод, методом амплитудной модуляции несущей Еф = 2400 Гц с частично подавленной верхней боковой полосой (фиг. За управляющий сигнал имеет вид, представленнь 81 на фиг. 26. В этом случае сигнал на выходе УИ 1 имеет вид периодически инвертированной входной последовательности (фиг. 2 в), то есть два соседних симвояа входной последовательности передаются на выход без изменения полярности,а два следующих инвертируются и т.л,Для пояснения необходимости введения операции перекодирования (инвертирования), а следовательно и УИ 1, рассмотрим процесс формирования грувпового сигнала с заданнвв законом модуляции. 11 усть требуется сформировать сигнал с частотно ограниченнваа спектромобщего вида (фиг. 3 а).Очевидно, спектр такого сигналаС(Е) макно представить в виде сна 8 4двух спектровсО) с,(к)+о (О.- (1)форма импульса, имеющего спектр 4(й)макет быть представлена в видеВ(С)С(к) е . И(2)р 1(й,(с)+пс(с)1 сови,с+ц,(с) + + Я (с)в(п и, с,(С) К(С) С 08 ЯрС+(С) 31 П Яр С51646042 11 одставляя это выражение в (8) ипридавая я (С) различные значения, получаемя,(с)=К(с) Сова,с+О(с) ЗЫСд,с=е(с)8, (с) К(с) БдпСа,с-ц(с) Совас=Д(с)8,(с)=-К(с)СовЯ с+1)(с)БЫМ с) -д(с)8 (С)=-К(с) Бдпу с(с) Сови,с=-ф(с)84(С)=К(С) Совй,С+(С) БдпЯ С =-Д(с)и т.д,(9)Таким образом, из (9) можно увидеть,что для рассматриваемого случая (отношение с /В = 3/4) число различныхформ элементов сигнала, необходимыхдля реализации заданного вида модуляции, равно четырем д(с), 8(с), -8(с),-д(СУ, т.е.(10) можно представить в виде: 25 Из (11) видно, что сигнал с заданным законом модуляции можно получить, используя только две формы элементов сигнала 8(с) и 8(С), но вводя в устройство УИ 1, в котором осуществляется периодическое инвертирование пар символов согласно (11) (фиг. 2 в),Аналогичным образом можно показать, что для любых имеющих практический интерес отношений с /В, выражаемых простои дробью, можно реализовать все линейные виды модуляции с использованием только двух форм элел)ентов сигнала 8(с) и 8(С). Итак, перекодиро ванная последоватспьность информационных элементов с выхода УИ 1 подается на информационный вход ЛЗ 2 и продвигается по ней с помощью последовательности тактовых импульсов (фиг2 г), которые подаются на такто. вый вход ЛЗ 2, Сигнал на выходе первого разряда ЛЗ 2 представлен на фиг. 2 д.Сигнал на выходе делителя представлен на фиг. 2 е, Сигналы на выходах РС 3 (начиная с первого) показаны на (фиг. 2 ж-и). 11 ерекодированная после-,40(8) 11 ри модуляции несущего колебания последовательностью импульсов групповой сигнал Ь(С) принимает видЯ(с)=а;Н(с-дТ)Сов Я с + 5с+Е а,Я(с-Т) БдпЯ,С, (4) где а;=+1 знаковые коэффициенты, определяющие информационное содержание передаваемой импульсной последователь. ности,Выражение (4) можно также представить в эквивалентной формеЯ(с) =а;к(с-т)соевы (с-)т)+)1 е-ОО+с) ядп(Я с+ ц,т),то есть с каждым -м интервалом мани 30 пуляции (выборкой данных а 1 связан3 ) элемент сигнала 8(с), задержанный на1величину Т. В общеи случае форма всех элементов я (С) различна. Однако, если отношение частоты несущей Г к скорости манипуляции В 1/Т представляет собой простую дробь, то число различных форм 8,(С) ограничено. Убедимся в этом, переписав (7) в виде д,(с) К(с) Сов(Я с+2 Я-) +Л+Ц(с) Ядп(ЯОС+2 в-к),л. Е где К(с) - четная, а Я(с) нечетнаяфункции времени.Определим число различных форм сиг"налов, которые необходимо формировать,фчтобы реализовать заданный закон модуляции при заданном отношении частотынесущего колебания к скорости манипуляции,Для случая Г 2400 Гц, Во3200 ьод выражение 2 и 1 Т в (8)принимает вид2 хдй Т 2 и д 2400/3200 Зд Б(С) =аов(С)+а 18(С-Т)+(-а) К(СТ)+довательность элементов и последовательность считывающих импульсов продвигаются по ЛЗ 2 и РС 3 синхрон-, но, так как на их тактовые входы подается одна и та же последовательности импульсов, Рассмотрим процесс формирования сигналов, используя временные диаграммы Фиг, 2. Пусть первым тактовым импульсом (фиг. 2 г) первый символ перекодированной последовательности записан в первый разряд ЛЗ 2 и появился на его выходе. Ио мере продвижения каждого элемента пе" Рекодированной последовательности по ЛЗ 2 его сопровождает один и тот же считывакщий импульс, продвигающийся синхронно с ним по РС 3. В соответствии со схемой фиг. 1 этот элемент поочередно появляется на Разрядах ЛЗ 2, проходит через один из открытых ключей 5 и через соответствующий блок 6 и поступает на вход суммирующего усилителя 9 с весом, определяемым блоком 6. Таким образом, каждьй 25 элемент перекодированной последовательности, проходя по всей ЛЗ 2 пороадает на выходе суммирукицего усиди" теля 9 (2 И+1) ступенчатую функцию времени, Каждый нечетный элемент переко дированной последовательности коммутируется ключами 5,5 , верхнего (по схеме) ряда ключей и проходит через левую группу из (0+1) блоков 61-6 н. При этом формируется сигнал 8(С), четность которого обеспечивается тем, что обе половины этого сигнала формируются в одних и тех же блоках 6, но в разное время. Это хоро" шо видно из схемы соединения ключей 5 с блоками 6. Каждый четный элемент перекодированной последовательности, коммутируемый ключами 51+151 а, из нижнего (по схеме) ряда ключей, проходит , через правую группу,из (11+1) весовых узлов 611 " 6 я . Примэтом Формируется сисиея (с 1, иееетность которого обеспечивается тем, что вторая половина отсчетов этого сигнала поступает на входы ключей 5 О 511 - 54 н у через инверторы 71- 71 ра с выходов ключей 51 - 54 ню пРо ходит черезте же блоки 6, что и первая половина отсчетов. Если центральный отсчет равен нулю, то соответствукщий инвертор не нуаен (именно этот случай представлен на схеме Фиг. 1), ьолее того, цепь формирова Номера выходов регистр 1 оиера подсоединяемых ключей 5 р 5 ф 5 у"5 5 5853 5 в 55 5 55 а5 5 З, 5 э 11 2 3 4 5 6 5 юО 5 п где циФрами 5,1, 5, 55 обозначены номера верхнего ряда (по схеме) ключей, считая слева направо, а цнфрами 5 р, 5, 5541 обозначены номера нижнего ряда ключей, также счиее тая слева направо по схеме фнг. 1. Волее того, если в делителе 4 применить счетчик с фазоимпульсным представлением информации, то делитель 4 РС 3 иожно заменить подобным счетчиком, сохранив представленную таблицу, схему разводки выходов счетчика, считая при этом нулевой выход счетчика соответствующим выходу первого разряда РС 3.Состав и порядок работы блоков 6 были подробно описаны раньше. Здесь только отметим, что введение блоков ния нулевого центрального отсчетад(С) может быть исключена вовсе.Частота следования тактовых импульсов 2 выбирается кратной скоростиманипуляции В и настолько большой,чтобы достаточно точно аппроксиииРовать 8 И) и ЯИ) р что, в свою очередь, упростит структуру фильтраФНЧ 8, включенного на выходе.При некоторых соотношениях скорости манипуляции В и тактовой частотыЙ. может пРоисходить одновременноеоткрывание ключей 5, соединенных содним и тем же блоком 6, В этом случае выходы соответствующих ключейдолжны быть раэьединены, а блоки 6 исуммирующие резисторы 8 должны бытьдублированы,Рассиотрим особенности структурыРС 3 и делителя 4. Строго говоря, прииенение структуры РС 3 и с четырнадцатью отводаии необязательно (приМ+1+М=14). Можно ограничиться РС 3 сшестью выходаин, если подключить выходы регистра согласно приведеннойниже таблице.6042 55 9 1646 приводит к снижению погрешности формирования сигналов, так как значенияотсчетов Формируемых сигналов могутбыть выставлены как угодно точно.Кроме того, в предлагаемом устройстве "нуль" формируемых сигналов обусловлен двуполярным питанием, в товремя как в устройстве по прототипу"нуль" Формируемых сигналов являетсяискусственным, равным половине питания логических микросхем, Это обстоятельство вынуждает ставить разделительный конденсатор на входе суммирующего усилителя 19, в противном случае сужается динамический диапазонвследствие смещения рабочей точки.Введение в предлагаемое устройствоперестраиваемых блоков 6, нагруженныхна суммирующие резисторы одинаковогономинала в суммирующем усилителе 10делает предлагаемое устройство универсальным, так как позволяет формировать сигналы любой формы, причемформа сигналов может быть легко изменена путем изменения значений отсчетов сформированных сигналов в блоках ь,Очень важным преимуществом, которое приобретает предлагаемое устройство при введении в него перестраиваемых блоков 6, нагруженных на суммирукщие резисторы одинакового номинала, состоит в том, что номинал компенсирующего резистора не зависитот значений отсчетов формируемых сигналов,5 т 1 О 15 20 25 30 35 40 45 50 Формула изобретенияустройство формирования сигналов с ограниченным спектром частот, содержащее И инверторов, (2 И+1) разрядную линию задержки с отводами, (4 И+2) ключей, (2 Ы+1+М) разрядный регистр сдвига, где М=й /В, Г часто. та следования тактовых импульсов, В - скорость манипуляции, а также суммирующий усилитель, при этом тактовый вход (2 И+1)-разрядной линии задержки с отводами соединен с тактовым входом (2 Х+1+М)-го разрядного регистра сдвига, выходы первого, второго(2 И+1)-го разрядов (2 й+1+М)- разрядного регистра сдвига соединены с входами управления соответственно первого, второго. ,(2 И+1)-го ключей,выходы М-го, (М+1)-го, (И+2)"го,,(2 И+1+М)-го разрядов (2 Л+1+М)-разрядного регистра сдвига соединены с входами управления соответственно (2 И+2)-го (2 И+3)-го(4 И+2)-го ключей, выходы первого, второго (2 И+1)-го разрядов (2 М+1)-разрядной линии задержки с отводами соединеныФ с сигнальными входами соответственно первого, второго (2 М+1)-го ключей, выходы первого, второго(И+1)-го разрядов (2 И+1)-разрядной линии задержки с отводами соединены с сигнальньяи входами соответственно (2 М+2)-го, 2 И+3)-го(ЗИ+2)-го ключей, выходы (И+2)-го, (И+3)-го(2 И+1) - го разрядов (2 М+)-разрядной линии задержки с отводами соединены с входами соответственно первого, второго И-го инверторов, выходы которых соединены с сигнальными входами (ЗИ+3)-го, (ЗИ+4)-го(4 И+2)-го ключей, тактовый вход (2 И+1+М)-разрядного регистра сдвига является входом сигнала частоты следования тактовых импульсов устроиства формирования сигналов с ограниченным спектром частот, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью уменьшения искажений спектра выходных сигналов, в него введены (2 И+2) блоков задания весовых коэффициентов, дели" тель тактовой частоты, управляемый инвертор и фильтр нижних частот, при этом выход управляемого инвертора соединен с информационным входом (2 И+1)- разрядной линии задержки с отводами, актовый и информационный входы (2 И+ 1+М)-разрядного регистра сдвига соеинены соответственно с входом и выхоцом делителя частоты, выходы первого, второго(И+1)-го ключей соединены с входами соответственно первого, второго. ,(И+1)-го блоков задания весовых коэффициентов, выходы (ЗИ+2)-го, (ЗХ+3)-го(4 Л+2)-го ключей соединены с входами соответственно (И+2)-го, (И+3)-го(2 М+2)-го блоков задания весовых коэффициентов, выходы (Я+2)"го, (И+3)-го(2 И+1)-го ключей соединены с входами соответственно И-го, (И)-го первого блоков задания весовых коэффициентов, выходы (2 Х+2)- го, (2 Я+3)-го(ЗИ+1)-го ключей соединены с входами соответственно (2 И+2)-го, (2 М+1)-го(Я+3)-го блоков эадания весовых коэффициентов, выходы первого, второго(2 М++2)-го блоков задания весовых коэффициентов соединены с соответствующими входами суммирующего усилителя, выход которого соединен с входом Фильт1 б 46042 ра нижних частот, выход которого яв- ся соответственно сигнальным входом и ляется выходом устройства формирова- управляницим входом устройства форминия сигналов с ограниченным спектром рования сигналов с ограниченным спектчастот сигнальный вход и вход управ- ром частот, Ф5 ления управляемого инвертора являют- в)ВрУ,кПЛЛЛППЛЛ 3ректор Н,едактор Н, Коля Жехре да ираа 45 дписное тельский комбинат "Патент", г. У д, ул. Гага оиэводственно Заказ 1555 НИИПИ Госу ственного комитета по иэобретения 13035, Москва, Ж, Раушскаяи открытиюм при ГКЮ СССб.д. 4/5