Устройство для приема сигналов с фазочастотной модуляцией

(51)5 Н 04 1. 27/22 АНИЕ ИЗОБРЕТ ОМУ СВИДОЕЛЬСТВУОПИС И ТОР ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОЧНРЫТИЯПРИ ГКНТ СССР(56) Авторское свидетельство СССРВ 1499523, кл. Н 04 Ь 27/22, 1987.(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРИЕМА СИГНАЛОВС ФАЗОЧАСТОТНОЙ МОДУЛЯЦИЕЙ(57) Изобретение относится к радиотехнике. Цель изобретения " повышениепомехоустойчивости. Устройство содержит частотный детектор 1, интеграторы 2 и 18, АЦП 3 и 19, коммутаторы 4 2и 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, фазовцй 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.ЗО Блок 6 состоит из второго щ входового сумматора 23, щ-входового блока 24 сравнения, колебательных контуров (КК) 25, компараторов 26, усилителей 27 постоянного тока (УПТ) ипервого щ-входового сумма. тора 28, Адаптивный фильтр 8 состоит иэ первого перемножителя 29, интегратора 30 и второго перемножителя 31, Формирователь 20 состоит иэ первого и второго перемножителей 32 и 33.Устройство работает следующим образом.Входное воздействие Чподается одновременно на входы всех щ КК 25Полосы пропускания КК 25.Д Г;, определяемые номиналами индуктивности Ь и емкости С, не перекрываются, но в совокупности полосы пропускания Д Е; этих КК перекрывают всю полосу частот аК, в которой осуществляется передача полезного информационного ФЧМ-сигнала Я(1), т,е. Изобретение относится к радиотехнике, в частности к радиосистемам пеРедачи информации, и может использоваться для совершенствования высокоскоростных радиосистем цифровой связиЦель изобретения - повышение помехоустойчивости путем устранения линейногои нелинейного влияний интенсивной сосредоточенной по спектру помехи,На фиг.1 изображена структурнаяэлектрическая схема предлагаемого.устройства; на фиг,2 - схема блока селекции.и ограничения;.на фиг.3 - схемаадаптивного фильтра; на фиг.4 - схемаформированияопорных сигналов,lУстройство содержит частотный детектор 1, первый интегратор 2, первыйаналого-цифровой преобразователь(АЦП) 3, первый коммутатор 4, режекторный Фильтр 5 блок селекции и ограничения, дерестраиваемый фильтр 7, .первый адаптивный фильтр 8, первыйблок 9 вычитания, второй блок 10 вычитания, второй коммутатор 11, блок12 выделения несущей, генератор 13частот, ключ 14, блок 15 задержки,первый широкополосный усилитель 16,фазовый детектор 17, второй интегратор 18, второй аналого-цифровой преобразователь 19, формирователь 20опорных сигналов, второй адаптивныйфильтр 21 и второй широкополосный усилитель 22. д Г,.ЩГ = , Ч . = 1, 1, 1 Е 1, в 1,причем О ЛГ,. = ДГ,1 1 а 1Необходимое количество щ КК 25выбирается из условияН 1 сед (2)где 4 Е - полоса частот, занимаемая спектром собственнососредоточенной по спектру памяти ССП М,Выполнение условия 2 позволяет ограничить ССП М(С) для данного блока6 в максимальной степени и минимизировать нелинейные искажения И(с)полезного сигнала 8(Т), В блоке 6 происходит частотноизбирательное ограничение входных составляющих ССМ М(с)достаточно большого уровня с локализацией.при этом порождаемых ССПнелинейных компонент И(г.) в сравнительно узкой спектральной области(полюса поглощения блока 6) в окрестности центральной частоты ССП М(С).Эффект частотноиэбирательного ограничения определяется в основном нелинейными искажениями третьего порядка.Целесообразность организации щ пересекающихся (неперекрывающихся междусобой в частотной области) полос поглощения обусловлена необходимостьюобеспечения частотноиэбирательногоограничения интенсивной ССП М вовсей полосе.д Г полезного сигнала Б,т,е, при любой частотной настройкеССП М(1).При попадании интенсивной ССП М(Т)в полосу пропускания любого из КК 25происходит частотноиэбирательное ограничение данной помехи ССП М, Выход каждого иэ КК 25 подключен к отдельному входу щ-входового сумматора23, на выходе которого формируетсявыходной сигнал Ч , в спектре которого имеется ограниченная блоком 6,ССП М,.Ч(с) = Б(с) + М, + п(с) + + Ы(с). (3)Сигнал Ч (с) поступает на неинвертирующий вход блока 9 и сигнальный вход режекторного фильтра 5, Выход каждого КК 25 подключен к входу отдельного компаратора 26, В случае присутствия ССП (с) во входном воэ5 15действии Ч(С) выходной отклик 11с т 1одного к КК 25, в полосе ограничениякоторого действует ССП М(С), будетотличен от выходных откликов осталь.ных КК 25. Компараторы 26 настраиваются таким образом, что их выходноенапряжение Б; соответствует логическому "0", при отсутствии ССП М(с)и логической "1", при появлении ССПМ(с) на входе компаратора 26. Выходкаждого компаратора 26 соединен одновременно с входом отдельного сумматора и с. отдельным входом ш входовогоблока 24При появлении на входахУПТ напряжения У;, соответствующегологической "1", их выходное напряжение Б уравно Омная-у Омске у минО а минимальные и максимальные допустимые напряжения, которые необходимо подавать на управляющий вход режекторного фильтра 5 и управляющийвход перестраиваемого Фильтра 7. Выходные напряжения У , остальных усиУйтлителей 27 также строго фиксированыи находятся в пределах от Б домчмУ, причем на одно из выходныхнапряжений 13 у , не равно О, так какэтот случай соответствует отсутствиюССП М(С) во входном воздействии.Выход каждого усилителя 27 подключен к отдельному входу щ-входовогосумматора 28 для развязки выходовэтих усилителей. Коэффициент передачи по напряжению ш-входового сумматора 28 равен 1. Напряжение Б с выУйт 1хода сумматора 28 подается на управляющие входы режекторного фильтра 5и .перестраиваемого Фильтра 7 для перестройки центральных частот Г иосоответственно полосы режекции и полосы пропускания этих фильтров подцентральную частоту мешающего воздействия ССП М(с),При появлении ССП М(т) на входепредлагаемого устройства на выходесоответствующего компаратора 26 появляется напряжение Бсоответствующее логической "1", на выходе же остальных компараторов будет напряжениесоответствующее логическому "0".Набор логических "0" и логической.на определенный вход. Если ССП Мотсутствует, то на всех ш входах бло-.ка 24 устанавливается напряжение логического 10", при этом на выходеданного блока 24 будет также напря",70022жение логического "0". При появлениихотя бы одной логической "1" на. выходах блока 24 на его выходе установится напряжение логической "1",Выход блока 24, являющийся вторымуправляющим выходом блока 6, соединенодновременно с управляющим входомкоммутатора 4 н управляющим входомкоммутатора 11. При появлении на управляющем входе коммутатора 4 напряжения логического "0" (ССП М(с) отсутствует), входное воздействие Ч,(с)подается на вход частотного детектора 1В случае появления логической"1", на управляющем входе коммутатора4 (ССП М(с) присутствует) на входчастотного детектора 1 подается сигнал Ч (С) с выхода режекторного20 фильтра 5Аналогично и для коммутатора 11:в случае отсутствия ССП М(с) на входблока 12 и на вход фазового детектора 17 через блок 15 подается входной25 сигнал Ч (й), а в случае воздействияССП М(Г) на указанные входы подаетсясигнал с выхода блока 10,После локализации нелинейных компонент . И(С) в сравнительно узкой(по сравнению с полосой сигнала ДГ)спектральной области йГпосредст. вом частот неизбирательного ограничения мощных составляющих ССП М(с) частотную режекцию указанных компонентЮ(г.) возможно осуществить только перед входом частотного детектора 1,который является некогерентным демодулятором и выделяет информацию, заключающуюся в законе изменения мгновенной частоты ФМЧ-сигналов Б(С), Фазовый детектор 17 является когерентным(т.е, фазочувствительнь 1 м) демодулятором.Режекторный фильтр 5 осуществляет45 подавление ССП М(С), частота которойсовпадает с центральной частотой Гего настройки, Полоса режекции данного Фильтра выбирается из соображенийне только подавления .уже ограничен"50 ной ССП М (С) в блоке 6, но и для подавления возможных спектральных составляющих нелинейных искажений М(С),возникающих при данном частотноизбирательном ограничении ССП М(е). Насигнальный вход режекторного фильтра5 подается сигнал Ч(с) с выхода блока 6. Поскольку полосы локализациинелинейных компонент М(с) определяются полосой й 6 КК 25, то и полоса157002 режекторного фильтра 5 ВГ должнабыть выбрана разной полосе данного КК25 блока 6. После такого подавлениялинейного и нелинейного влияния ССПМ(й) режекторного фильтра 5 "очищенный" сигнал Ч (а) Яя(Е) + п(с),(4) Ч(с) = Б (т) + М+ п, (5) 40 где Б (с) в . часть полезного сигналаБ(С), попавшая в полосу пропускания Л Гп перестраиваемого фильтра 7.Выходной сигнал адаптивного Фильт-. ра 8 имеет вид Е,(е) = 11,(г) Ч(е), (6)50 где Ч (е) - изменяемая во времениимпульсная характеристика адаптивного Фильтра 8,При воздействии сигнала ошибки Ч(й) с выхода широкополосного усилителя 16 на управляющий вход адаптивного фильтра 8 передаточной функции Ч(й) последнего изменяется таким обгде Яф(й) " это Я(й) с вырезнымучастком спектра, который поражен линейным илокализованным в блоке6 нелинейным влияниемССП М(с),поступает на втррой сигнальный входкоммутатора 4 и далее с его выходана вход частотного детектора.Перестраиваемый фильтр 7 выделяетполосу частот, занятую ССП М(г.). Приэтом в полосу попадает и часть полез-ного. сигнала Я,(С). Ширина полосыпрозрачности д 2 перестраиваемогоифильтра и положение этой полосы на 25частотной оси .Е выбирается такимобразом, чтобы максимизировать отношение помеха/сигнал 1/ Ь в этой полосе частот 4 Еп, Центральная частотанастройки 1 данного фильтра совпада- З 0оет с частотой ССП М(с) и подстраивается под эту помеху.под воздействиемприложенного напряжения 11;с первого управляющего выхода блока 6 на,управляющий вход перестраиваемого фильтра 7,Сигнал на входе адаптивного Фильтра 8 можно представить в виде 2 8разом, что в блоке 9 обеспечиваетсяоптимальное (по критерию минимумасреднекрадратичеекой ошибки) подавление ССП фс) во входном воздействииЧ(С). Действительно, совокупностьиз последовательно соединенных перемножителя 29 и интегратора 30 адаптивного фильтра 8 образуется коррек-.тор, выходной отклик которого Е(Цхарактеризует степень линейной,.стохастической взаимосвязи между воздействием Ч (С) на сигнальном (т.е. свыхода перестраиваемого фильтра 7) иуправляющем Ч(С) (т,е. с выхода широкополосного усилителя 16) входахадаптивного фильтра 8. Этим и обеспечивается формирование выходного сигнала Е(г.) адаптивного фильтра 8 вмаксимальной степени похожего на подаваемую ССП М(С) (а значит и ее подавление в блоке 9)Таким образом адаптивный фильтр 8учитывает и устраняет до блока 9 возможные различия характеристики припрохождении ССП М(е) от входа устройства через блок 6 до неинвертирующеговхода блока 9 и от входа устройствачерез блок 15, перестраиваемый иадаптивный фильтры 7 и 8 до инвертирующего входа блока 9. Кроме того,необходимо отследить и возможные изменения собственно ССП М(с), претерпевшую частотно-селективные искаженияв блоке 15 с практически неизбежнойдисперсионностью ее характеристик.Адаптивный фильтр 8 также позволяетустранить влияние изменения характеристик ССП М(С) во времени (поскольку параметры ССП М изменяются значительно медленнее, чем параметры полезного информационного сигнала Б(г.),который при высокоскоростной передачесообщений является существенно болееширокополосным по сравнению с подавляемой ССП М(г.),На неинвертирующий вход блока 9поступает сигнал Чс сигнальноговыхода блока 6, а на инвертирующийвыход - сигнал с выхода адаптивногоФильтра 8 Е . Выход сигнал блока9 Ч(й) можно представить в виде Ч(С) = Ч (с) - Е,(с) = Б(с) ++ М,(г) + Н(с) + п(с) - Е, (й), (7) Для минимизации искажений сигнала . Б(г) необходимо повышать отношениесигнал/шум Ь:.-тттЯ(с)1а инвертирующем в уменьшать отношени г Овход блока 10, На выходе блока 10 формируется сигнал Ч 1(с),: п(с) - Е, (с) - Е(с), (11)"и ато(С) -изменяемаяпульсная х а аптивног тупает на преобра- множеств оде адаптивного филь 1 на сигнальном вхтра 8. ОС выхода блока 15 входное воздействие Ч,(с) поступает также на вход формирователя 20 (устройство возве.дения в третью степень - кубатор), Входное воздействие Ч,(с) поступает одновременно на оба входа первого перемножителя 32 и одновременно, на второй вход второго перемножителя 33.Сигнал Ч (с) с выхода первого пе 2.ремножителя 32 умножается во втором перемножителе 33 еще раз на сигнал У(с), чем обеспечивается воздействие в третью степень входного воздействия Ч(с) в блоке 20. Сигнал Ч;(с) посту 3 пает на вход адаптивногд фильтра 21. Формирование сигнала Ч(с) на выходе формирователя 20 связано с тем, что нелинейные искажения И(с) в блоке 5 обусловлены в основном нелинейными эффектами третьего порядка. На выходе адаптивного фильтра 21, принцип действия которого идентичен принципу действия адаптивного фильтра 8, формируется сигнал 2 (с), в максимальной степени похожий на подавляемые (и локализованные в блоке 6) нелинейные компоненты 11(с) сигнала Б(с), поступающие на неинвертирующий вход блока 10 с выхода блока 9, причем2 (с) У (с). Ч,(с), (10) где И1 во времени имарактеристикад о фильтра 21, 45При воздействии сигнала ошибки Ч (с) с выхода широкополосного усилителя 22 н управляющий вход адаптивного фильтра 21 передаточная функция 50 М (с) последнего изменяется таким образом, что в блоке 10 обеспечивается оптимальное (по критерию минимума среднеквадратической ошибки) подавление нелинейных компонент Я(с), возникших при частотноизбирательном ограничении, в полезном сигнале Я(С). Выходной сигнал Ес(с) адаптивного , фильтра 21 поступает на инвертирующий в котором скомпенсированы ограничен" ная в блок 6 собственно ССП И,(с) и нелинейные искажения К(с), возникшие при ее ограничении.На выходе частотного детектора 1 по результатам приема элемента сигнала Я(с) за тактовый инвервал времени формируется напряжение У., которое является функцией отклонения значения мгновенной частоты принятого элемента сигнала Г от частоты настройки частотного детектора 1 Гя. где 7- постоянная вре тегрра 2,Напряжение Ц (с) с выхода интег"1ратора 2 поступает на вход АЦП 3, который преобразует данное напряжение П(с) в код, соответствующий мгновенной частоте Гпринятого текущего элемента сигнала Я (с), который и выдается на первый выход предлагаемого устройства.Блок 15 производит задержку входного воздействия Ч (с) на время равное длительности обработки одного элемента сигнала Я (С) с момента посктупления его на вход устройства до момента выдачи решения о частоте данного элемента сигнала Б (с) в виде кода с выхода АЦП 3В блоке 12 центральная частота Й, опорного сигнала Б (с) изменяетбп в Кся (переключается) под мгновенную частоту с к сигнала Б к(с) лишь в моменты поступления элементов сигналаЯ(с) с частотой 1 КЕ ЙдОпорный сигнал Б(с) с частотой Е с выхода блока 12 пос фл.пвход генератора 13, который зует данный сигнал Я(с) вооопорных сигналов Я я (с)(14) 25Напряжение Н фс выхода Фазового дедетектора 17 интегрируется интегратором 18 и поступает на вход АЦП 19,который преобразует"напряжение Цс выхода интегратора 1 З.в код, соответствующий Фазе принятого элемента,сигнала Б (Г). Дальнейшая работапредлагаемого устройства для приемасигналов с Ф 1 Ч .происходит аналогичноописанному циклу приема одного элемента сигнала Б (1),35 Формула изобретения 1. Устройство для приема сигналов с Фаэочастотной модуляцией, содержащее последовательно соединенные частотный детектор, первый ичтегратор и первый аналого-цифровой преобразователь, выход которого является первым выхрдом устройства и соединен с управляющим входом ключа, входы которого соединены с выходами генератора частот, а выход - с первым входом Фазового детектора, выход которого через второй интегратор соединен с входом 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 перестраиваемого Фильтра и второго коммута-,111570 О 2Каждый такой сигнал с отдельного выхода генератора 13 поступает на соответствующий сигнальный вход ключа 14, В ключе 14 под действием кода, содержащего информацию о мгновенной частоте Г принятого элемента сигнала Б (С), производится коммутация к-го сигнального входа, соответствующего данной частоте, на выход ключа 14, Опорный сигнал Б(С), центральная частота которого равна мгновенной частоте принятого элемента сигнала Б (с), с выхода ключа 14 поступает на второй вход фазового детектора 17, на первый 15 вход которого поступает задержанный на время е текущий элемент сигнала Бк. На выходе Фазового детектора 17 Формируется напряжение Б , являющееся функцией разности фаз принято О го Б к(й) и опорного Бсигналов; 2 12тора, выход которого соединен с вторым входом фазового детектора и через блок выделения несущей с входом 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, о 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 входом устройства. первый его управляющий выход соединен с управляющими входами режекторного и перестраиваемого фильтров, а второй управляющий выход - с управляющими входами первого и второго коммутаторов, сигнальный вход режекторного 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 соответственно соединен с выходом первого широкополосного усилителя и инвертирующим входом 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 по и.1, о т л и ч аю щ е е с я тем, что блок селекции и ограничения состоит иэ первого и второго ш-входовых сумматоров, ш-входового блока сравнения, ш колебательных контуров со встречно включенными диодами на их входах, выходы которых через последовательно соединенные компараторы и усилители постоянного тока соединеюл с соответствующими водами первого ш-входового суммато-,13 1570022 ч ра, выход которого является первым ны с соответствущщими входамп второ- управляющим выходом блока селекции го ш-входового сумматора, и ограничения выходы компараторов 3. Устройство по п.1, о т л и ч а- соединены с соответствующими входами , ю щ е е с я тем, что формирователь ш-входового блока сравнения, выход5опорных сигналов состоит из последокоторого является вторым управляющим вательно соединенных первого и второ- выходом блока селекции и ограничения, . го перЬмнокителей, причем первый и выходом и входом которого является второй входы первого перемножителя с ответственно выход второго ш-вхо- и второй вход второго перемнокителя о. 1 Одового сумматора и входы колебатель- являются входом формирователя опорных ных контуров, выходы которых соедине- сигналов, выходом которого являетсявыход второго перемнозителя./5 Производственно-издательский комбинат "Патент" Ужгород,. ул. Гагарина Г Заказ 1 ч 59 Тираж 530 ВНИИПИ Государственного ком 13035, Мос