Устройство для детектирования частотно-модулированного сигнала

 

Изобретение относится к радиотехнике . Повышается точность детектирования . Устр-во содержит АЩ 1, г-р тактовых импульсов 2, два блока задержки 3 и 4, умножитель 5 на постоянный коэф., два двухвходовых сумматора 6 и 8, два блока вычитания (БВ) 7 и 17, два блока выделения модуля числа (БВМЧ) 9 и 10, две группы регистров хранения 11 -П., и 13 -13 два (И -1-1) -входовых сумматора 12 и 14 и два блока памяти 15 и 16. Цель достигается введением блоков задержки 3 и 4, от величины задержки которых зависит коэф. передачи и допустимая нелинейность демодуляц. х-ки устр-ва, умножителя 5, от значения постоянного коэф. которого зависит линейность демодуляц. х-ки устр-ва, сумматора 8, БВМЧ 9 и 10, осуществляющих преобразование отсчетов сигнала, блоков памяти 15 и 16, хранящих таблицу логарифмов для всего множества цифровых значений выборок сигнала, и БВ 17, разность двух логарифмов на выходе которого является дискретными цифровыми отсчетами выходного демодулированного сигнала. 1 иЛ. а С Вход Be/jrod

СОЮЗ ССВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (м4Н030300

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

М А ВТОРСМОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

Il0 ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ Ь ОТКРЫТИЙ (21) 3894162/24-09 (22) 12.05.85 (46) 30.09.86. Бюл. К - 36 (72) О.M.Àðòþõîâ, Л.И.Давыдов, В.А.Хиздер и Л.M.Øàøóê (53) 621.376.23 (088.8) (56) Заявка Франции Р 2469824, кл. Н 03 D 3/00, 1982.

Европейский патент И 0091570, кл. Н 03 D 3/00, 1984. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДЕТЕКТИРОВАНИЯ

ЧАСТОТНО-МОДУЛИРОВАННОГО СИ! НАЛА (57) Изобретение относится к радиотехнике. Повышается точность детектирования. Устр-во содержит АЦП 1, r-p тактовых импульсов 2, два блока задержки 3 и 4, умножитель 5 на постоянный коэф., два двухвходовых сумматора 6 и 8, два блока вычитания (БВ) 7 и 17, два блока выделения

„„SU„, 1261080 А i модуля числа (БВИЧ) 9 и 10, две группы регистров хранения 11 -11 и

1 N

13, -13„два (1+1)-входовых сумматора 12 и 14 и два блока памяти 15 и 16. Цель достигается введением блоков задержки 3 и 4, от величины задержки которых зависит коэф. передачи и допустимая нелинейность демодуляц. х-ки устр-ва, умножителя 5, от значения постоянного коэф. которого зависит линейность демодуляц. х-ки устр-ва, сумматора 8, БВИЧ 9 и 10, осуществляющих преобразование отсчетов сигнала, блоков памяти 15 и 16, хранящих таблицу логарифмов для всего множества цифровых значе- Й ний выборок сигнала, и БВ 17, разность двух логарифмов на выходе кото- %Ф рого является дискретными цифровыми С отсчетами выходного демодулированно- ° го сигнала. 1 и т.

1 26 108("1

11з(1брс тение относится к радиотех.

3н(к< " может бытb использовано н вифровь(х устройствах обработки частотно-модулированных аналоговь(х ".èã1(; !1()33 В

1 (ль изобретения — повыше1гие точ— н(зсти детектирования.

Па чертеже представлена электрич(.скан структурная схема устройства для дerråêòèðîâàíèÿ частотно-модулиронанногс сигнала.

Устройство содержит аналого-циф1)013 1(ilp(oE)p330BQTeëü (АЦП) 1 Ге (1(зратор 2 тактовых импульсов, первый

3 и второй 4 блоки задержки, умножите»1 5 н» постоянный коэффициент, первый двухвходовый сумматор 6, 1(ерг(1(й блок 7 вычитания, второй двух13ходов1(й сумматор 8, первый 9 и вто .рой 10 блоки выделения модуля чи(ла, нер13ую группу регистров 11, -1 1,„ хранения, первый (м +1 ) — входовь(й сумматор 12, вторую группу регистров 13, -1,3,, хранения, второй (5+ 1)входовь(й сумматор 14, первый 15 и вт(1рой 16 блоки памяти и второй бл(3к

17 вычитания. устройство для детектирования частотно-модулированных сигналов работает следующим образом.

При подаче на вход устройства частотно-модулированного сигнала

ЛП31 1 преобразует входной непрерывный сигнал в последовательность его дискретных цифровых отсчетов. Период этой последовательности отсчетов задает генератор 2 тактовых импульсов. Частота тактовых импульсов равна 4f., где f — центральная частота или любая другая частота, лежащая в полосе девиации частотно-модулированного сигнала.

Цифровые отсчеты с выхода АЦП поступают на вход первого блока 3 задержки., а затем на вход второго блока 4 задержки. Блоки 3 и 4 задержки имеют одинаковое время задержки, кратное периоду частоты генератора 2 тактовых импульсов. Величина задержки выбирается из условия получения необходимого коэффициента передачи и допустимой нелинейности демодуляционной характеристики устройства.

Блоки 3 и 4 задержки могут быть выполнены на сдвиговых регистрах„ Незацержанный отсчет сигнала складывается в первом двухвходовом сумматоре 6 с задержанным. Цифровые отсче5

l5

45 т

ы сигH,ë ëÿ, задержа(1:111е с помощью и е р в о Г (3 блока 3:3 з л е p me H $ ì 3 (Ож э Р т с Я на псстоянный коэффициент К умножителем 5. От значения 11с стоянного коэффициента К зависит линейность демодуляционной характеристики уст. р(йства. При К=2 линейность небольшая. В качестве умножителя 5 может быть использовано постоянное эапоминан1(1(ее устройство, н которое эане(ены все возможные результаты умножения отсчетов сигнала на значе (не К, При К=2 и К=4 нелинейность демодуляционной характеристики возрастает, однако умножител(, 5 в этом случае можно сг(ести к соответствующим образом организованным перемычкам.

При К=З в качестве умножителя 5 можно испольэовать сумматор. После выподнения. операций вычитания в первом блоке 7 вычитания и сложения во втором двухвходовом сумматоре 8 осуществляется выделение модулей чисел в блоках выделения модулей чисел.

Конструктивное выполнение бло ;ков 9 и 10 выделения модулей числа может быть сведено к соответствую,щим образом организованным перемычкам, так как достаточно при д(1ль((гйших преобразованиях просто не учитывать знаковый разряд; Если (1трицательные числа представлены в дополнительном коде, то в качестве блоков выделения модулей числа может быть использован преобраэователь дополнительного кода в прямой, (8 +1)входовый сумматор 12 и первая группа иэ одинаковых регистров 11, — 11 хранения позволяет получить сумму нескольких результатов преобразования отсчетов сигнала, получаемых с выхода блока 9 выделения модуля числа, что эквивалентно их усреднению. Аналогично (N +1)-входовой сумматор 14 и группа иэ одинаковых регистров 13 !

13 хранения позволяют получить сумму нескольких результатов преобразования отсчетов сигнала, получаемых с выхода блока 10 выделения модуля числа, что эквивалентно их усреднению. Такое усреднение позволяет улучшить отношение сигнал/шум на выходе устройства. Так как в результате усреднения происходит низкочастотная фильтрация сигнала, максимальное количество регистров хранения оПределяется вер3 ней граничной

1261080

КУ,. +(Y + Y . .), КУ,— (У + Y.), (3) 30 (7) Внедем условие

2m+ 1

T .** — ——

4f о где ш = 0,1,2...

55 частотой мопулированного сигнала.

При дискретизации синусоидального сигнала нозмс жны отсчеты с нулевым значением, логарифмиронание которых невозможно, поэтому минимальное значение для 11=-1. В этом случае суммируются дна соседних отсчета, отстоящих друг от друга на угол II/2.

Если один иэ них равен нулю, то второй имеет максимальное значение.

Таким образом, результат суммирования на выходах (N + ) -входовых сумматоров 12 и 14 уже при N =1 всегда будет отличен от нуля. Значения выборок сигнала с выходов (И+ 1)-вхо1 5 довых сумматоров 12 и 14 поступают на входы соответствующих блоков 15 и 16 памяти, в которых хранится таблица логарифмов для всего множества цифровых значений выборок сигнала.

Разность двух логарифмов, получаемая ! на выходе второго блока 17 вычитания, есть дискретные цифровые отсчеты демодулированного сигнала.

Работа устройства. может быть описана аналитически.

Пусть частотно-модулированнья1 сигнал представлен в ниде

А сон (2!!(Г, + af)t + I, где А — амплитуда;

Ч, — начальный фазовый угол; центральная частота.;

Af — отклонение от центральной частоты.

Три любь е выборки сигнала, нэятые ранномерно через интервал Т между ними кратный периоду дискретиФ эации, записываются следующим обра- 40 зом: у = А сов (2П(Г +ьГ) (t.-Т)+Ч .), Y = А cos f2>(f +ЬЕ) t +Ч,), у2 А cos(2II(Е +лЙ)(с +Т)+ч, 1

Докажем справедливость следующего равенстна 50

Ку (у +Y )=у jK+2cos(2F(f +af)>3fэ(1i

Действительно, используя основные формулы тригонометрии, получим

KY (Y +Y ) =КА сон (211(Е, +И) t +Ч ) 1{Acos (20 (f +лЕ) (t - )+, А,,.::(;. .;

° (f +лГ) (t +T)+ Ч !(=у 1 К 2,-, .,:. ".. . (f. +.К)Т2).

Образуем функции z и ". и моду. сй т 7 выражений где К 2 — константа;

i=1 n — порядковый номер триады.

Получим:

z, =1Ку ++(Y, +у, +Y )l +(KY„++ (4) б(У +У, )) +...+lKY +(Y +У )f .

z (KY0 — (Y +Y. )) +tKY

f» (5)

Ф вЂ” (Y, +У„)J+...+!КУ, -(Y +Y, )1 .

При этом формирование триад выборок для выражений (2) и (3) нроиэнодится так, что сдвиг между одноименными выборками н соседних триадах составляет период дискретизации, это соответствует фазовому сдвигу, 7I близкому к -, между парами выборок: о1 о(I) ti (1» 1 2i э e(!+I) Воспользуемся раненством (1) и преобразуем (4) и (5) к виду

z,=jK+2cos (2!1(й +дй)Т) (1у (a !у (+

+...+!у f ), (6) г =-!К-2cos(2П(f +sf)Т1! (!у +

+(У ) +...+)Y ().

Функции .z и z при К)2, i > 2 не имеют нулевых значений, и можно выполнить следующее преобразование:

К . pnf

-+sint- — (2ш+1) (-1) j

»»

16z -1nz 1п

2 2 и (9)

К . 1! af

» °

- -sin(- — (2ш+1) (-1) j

126 1080 Ь (N+1)-нходоных сумматоров, первый блок вычитания и генератор тактовых импульсов, выход которого подклю1 ен к входам синхронизации аналого(10) 5 цифрового преобразователя и регистров хранения, при этом выходы регистров хранения каждой группы подключены к одноименным входам соответствующего (И+1)-входового сумматора, о т л и

10 ч а юще е с я тем, что, с целью повышения точности детектирования „в него дополнительно введены два блока

К вЂ” + sinx

2 у = ln — — — ——

V.

sinx )

Ю можно записать

-+ з ™

lп — — — — -= — х

К . К

s inx

2 (1 1) 15 из обре reния

Формула

ВНИИПИ Заказ 5243/56 Тираж 816 Подписное

Произв.-полигр. пр-тие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Правая часть выражения (9) есть функция нида

Разложим ее в степенной ряд в точке х = О.

При К = 2 Г2 с точностью до бесконечно малых величин 5-ro порядка

ИспользУЯ (11), выполним дальнейщее преобразование выражения (9), учитывая, что сигнал U на выходе устройства представляется выражением

2П nf

lEl

U.=1nz 1ïz = — .-- (2m+1) (-1) . (12) 25

К f

Отсюда получаем формулу для вычисления кдэффициента передачи устройства

U 28 2m+1

ы = — = — — — (-1) (13)

af К и формулу для вычисления отклонения от центральной частоты

К

° н а f =(lnz -lnz ) f — — — — (-1), (14) а 25 (2mp1) где z, и z вычисляют по формулам (4) и (5) при значении К, ранном или 4р близком 2 Г2

Устройство для детектирования частотно-модулированного сигнала, содержащее аналого-цифровой преобразователь, первый двухвходовой сумматор, две группы по М последонательно у> соединенных регистров хранения, два задержки, умьожитель на постоянный коэффициент, второй двухвходовый сумматор, второй блок вычитания, дна блока выделения модуля числа и два блока памяти, при этом выход аналогоцифрового преобразователя подключен к первому входу первого днухнходового сумматора, а через последовательно соединенные первый и второй блоки задержки — к второму входу первого двухвходового сумматора, выход которого подключен к первому входу первого блока вычитания и к первому входу второго двухвходового сумматора, второй вход которого объединен с вторым входом первого блока вычитания и через умножитель на постоянный коэффициент подключен к выходу первого блока задержки, ныход первого блока вычитания подключен к входу первого блока выделения модуля числа, выход которого подключен к входу первого регистра хранения первой группы и к (И+1)-му входу первого (М+1)- входоного сумматора, выход которого через блок памяти подключен к первому входу второго блока вычитания, выход второго двухвходового сумматора подключен к входу второго блока выделения модуля числа, выход которого подключен к входу первого регистра хранения второй группы и к . (К+1)-му входу второго (И+1)-входового сумматора, выход которого через второй блок памяти подключен к второму входу втсрого блока вычитания, а выход генератора тактовых импульсов подключен к входам синхронизации блоков задержки.