Устройство для преобразования цифрового сигнала в квадратуры

 

Изобретение относится к области радиотехники и техники связи и может быть . использовано; при формировани и обработке сигналов цифровыми устройствами . Цель изобретения - расширение области применения за счет обработки непериодических входных сигналов . Поставленная цель достигается за счет того, что устройство имеет в своем составе аналого-цифровой преобразователь , генератор тактовых импульсов , два злемента ИСКЛЮЧАКМЦЕЕ ИЛИ, два цифровых фильтра, регистр сдвига и соответствующие связи между узлами устройства, 3 ил.Q

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (gg 4 Н. 03 Н 17/06, G 06 F 15/353

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А BT0PCH0INV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3900402/24-24 (22) 22.05.85 (46) 23.10.86. Бюл. Р 39 (71) Воронежский политехнический институт (72) В.И. Битюцкий, В.А. Козьмин и В.В. Пентюхов (53) 681.32(088.8) (56) Оппенгейм М.В. и Шафер P.Â.

Цифровая обработка сигналов. М.:

Связь, 1979.

Авторское свидетельство СССР

У 476691, кл. Н 03 Н 17/04, 1975. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ

ЦИФРОВОГО СИГНАЛА В КВАДРАТУРЫ

„„SU„„1265966 A 1 (57) Изобретение относится к области радиотехники и техники связи и может быть использовано при формировани и обработке сигналов цифровыми устройствами. Цель изобретения †. расширение области применения эа счет обработки непериодических входных сигналов. Поставленная цель достигается эа счет того, что устройство имеет в своем составе аналого"цифровой преобразователь, генератор тактовых импульсов, два элемента ИСКЛЮЧА1ОП1ЕЕ

ИЛИ, два цифровых фильтра, регистр сдвига и соответствующие связи между узлами устройства, 3 ил. с

Изобретение относится к области радиотехники и техники связи и, в частности, может быть использовано при формировании и обработке сигналов цифровыми устройствами.

Цель изобретения — расширение области применения эа счет преобразования непериодических входных сигналов.

На фиг. 1 дана схема устройства для преобразования цифрового сигнала в квадратуры; на фиг. 2 — временные диаграммы, поясняющие порядок выборочного инвертирования сигналов в каналах предлагаемого устройства при формировании квадратур; на фиг. 3— спектральные диаграммы, поясняющие изменения в спектре исходного сигнала при его преобразовании (инвертировании), приводящие к образованию квадратур в устройстве.

Устройство (фиг. 1) состоит из аналого-цифрового преобразователя (АЦП) 1 с параллельными регистрами на выходе, цифровых фильтров 2 и 3 с приемными параллельными регистрами, четырехразрядного (кольцевого) регистра 4 сдвига, двух элементов

ИСКЛИЧАЮЦЕЕ ИЛИ 5 и 6, генератора 7 тактовых импульсов (ГТИ). Одноименные значащие разряды регистров АЦП 1 и фильтров 2 и 3 соединены друг с другом шиной Я.

Устройство работает следующим образом. х,,(пт )= а„е„т {В{е {х(с)И{,. где E «) - оператор сдвига влево 1 на временной интервал функции «;

Dj«) — оператор дискретизации сигнала « с периодом, равным 4Т

E « — оператор сдвига вправо кт

9 на интервал k? дискретного сигнала Df«j;

3 ,1, — коэффициент, равный единице для неинвертированных дискрет и минус единице для инвер25 тированных дискрет.

Если исходный сигнал x(nT ) обраЯ зован из непрерывного сигнала х(1), имевшего спектр x(cd) то сигнал

Е fx(t)) будет иметь спектр

30 X(cd)е " ) 9, а спектр дискретного сигнала Ь «) будет равен

20

Х ()= — -LX(+ — - ) е

1 211 е

4тя е

265966 л когда в-регистр 4 записан начальный код 1101).

Рассмотрим спектры сформированных в приемных регистрах фильтров 2 и 3 ,дискретных. сигналов х (пТ ) и х (nT ).

Сигнал х (nT ) можно записать в

1 Я следующем виде:

Перед началом работы в регистр 4 вводится произвольный двоичный код, содержащий два или три следующих. подряд нуля, либо единицы. Под действием импульсов генератора 7 этот код циклически сдвигается на один разряд в одну и ту же сторону на каждом такте, так что на входы элементов исключающие ИЛИ 5 и 6 двух триггеров регистра 4 поступают две периодические последовательности импульсов, сдвинутые друг относительно друга на один такт дискретизации Tf„ Это приводит к периодическому выборочному изменению поступающего в фильтрах

2 и.3 знакового разряда регистра

АЦП 1 на противоположный, т.е. к периодическому инвертированию дискретсигналов, записываемых в оба фильтра

2 и 3. Характер осуществляемого при этом преобразования сигнала x(nT ) в сигналы х (nT ) и х (nT ) показан

1 схематически на фиг. 2 (д)1я Случая, Я1Р

) (() + ) кт ь е 4т9

Тогда спектр сигнала x I (n T ) можно записать как

Ю (2) 1 Оо 732 . 27Г ,, кЕ

Х, (cd)= -- — Х(из+ )Е:.л ке "

4Т

9 к=о

Вторая сумма в этом выражении есть обратное дискретное преобразование

45 Фурье (ОД1Ф) последовательности чисел d à„=1,1-1,1, описывающей закон инвертирования дискрет внутри перио да:

6,(е)= Е е(„е + (1)

50 1 кок

Эта сумма периодична по I с периодом, равным четырем, а потому спектр

Х,,(1)) можно записать в виде суммы четырех бесконечных сумм:

OO

Х М= — — Qг (е)QХ( ч 4Т с=о

+г.я(+ -,;) ).

1265966

Из этой формулы следует, что каждый лепесток спектра исходного дискретного сигнала x(nT ), характеризуемый номером д, распадается на четыре части (подлепестка), каждый иэ которых, оставаясь подобным спектру Х(М), сдвигается по оси частот на величину 272/4Т ; кроме того каждый такой подлепесток с номером 1 приобретает вес, равный д,(1), т.е. умножается на комплексный весовой коэффициент (Х), модуль и фаза которого зависят от закона чередования инвертированных и неинвертированных выборок дискретного сигнала (фиг, 2). !j

Рассмотрим спектр сигнала х (nT ) на входе фильтра 3.

Так как закон чередования инверсий сигнала фильтра 3 такой же, как и в фильтре 2, но циклически сдвинут 20 на один такт, то спектр сигнала на входе фильтра 2, определяемый той же формулой (2), взятой при новых значениях чисел о, будет иметь аналогичную структуру. В частности, для ука- 5 занного кода вида IIOI циклически сдвинутая последовательность инверсий имеет вид lll 1. Получающиеся при этом фазовые сдвиги различных подлепестков спектров сигналов 30

x,(nÒ ) и х (пТ ) на входах фильтров

2 и 3 определяются весами и теоремой о кольцевом сдвиге ДПФ.

На фиг. 3 показаны амплитудные (а и б) и фазовые (в и г) спектры дискретных сигналов в различных точках устройства при записи в регистр 4 кода 1110. В этом случае fd.,М =111-1 и о j = I I — 11. Весовые коэффициенты подлепесткового спектра З,(Х) для 40 первой инвертированной последовательности в,соответствии с формулой (1) равны: d,(0)=2, для второй последовательности 3 (1)=2 при 1=0,1 2,3.

Подлепестки с номером 2=1 будут иметь взаимный фазовый сдвиг дЧ =90 так что после выделения этих подлепестков полосовыми цифровыми фильтрами 2 и 3 на выходах этих фильтров 5о будут сформированы сигналы х,(nT )

1 и х (пТ ), находящиеся в.квадратуре..

Амплитудно-частотные характеристики фильтров показаны на фиг. Зб пунктиром. Они должны быть согласованы по 55 полосе со спектром входного сигнала

x(nT ), сдвинутым по частоте на величийу 2II/4Т (фиг; Эд).

Очевидно, что для того чтобы избежать наложения подлепестков спектра друг на друга, приводящего к невозможности их дальнейшего разделения цифровыми фильтрами, частота дискретизации входного сигнала должна выбираться более высокой, чем это следует из теоремы Котельникова.

С этой точки зрения наиболее удобно использование в регистре 4 начального кода с двумя следующими одна за другой единицами. В этом случае весовые коэффициенты 8(0) и о (2) равны нулю, и подлепестки спектра с номерами У=О и-2=2 отсутствуют, что автоматически исключает их наложение на спектре используемого подлепестка с 1=1. Это повьппает качество фильтраций квадратур фильтрами 2 и 3.

Формула изобретения

Устройство для преобразования цифрового сигнала в квадратуры, содержащее аналого-цифровой преобразователь, выход модуля числа которого подключен к входам модуля чисел первого и второго цифровых фильтров, выходы которых являются соответственно выходами синфазной и квадратурной составляющих сигнала, вывод генератора тактовых импульсов подключен к тактовым входам первого и второго цифровых фильтров и тактовому входу аналого-цифрового преобразователя, информационный вход которого является информационным входом устройства, а выход знака аналого-цифрового преобразователя подключен к первым входам первого и второго элементов ИСКЛЮЧАЮЦЕЕ ИЛИ, выходы которых подключены к входам знака соответственно первого и второго цифровых фильтров, о т л и— чающее с я тем, что, с целью расширения области применения за счет реализации преобразования непериодических входных сигналов, в него введены четырехразрядный регистр сдвига, выход четвертого.разряда которого подключен к второму входу второго элемента ИСКЛЮЧАЮЦЕЕ ИЛИ и входу первого разряда регистра сдвига, выход третьего разряда которого подключен к второму входу первого элемента

ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, выход генератора тактовых импульсов подключен к тактовому входу регистра сдвига, устано5 1265966 4 вочные входы первого, второго, тре- входом задания логической единицы, тьего и четвертого разрядов которого входом задания логического нуля и являются соответственно первым входом третьим входом задания логической задания логической единицы, вторым единицы устройства.

Tg) Tg) g 0

1 2 3 g л

jo )> Jz ja а Jt z z o

V у О О 1 2 3 0

Фиг,2

1265966 !

Х (at)l . 3X (ЫЯ)м (аФ)1 !

2 /Tj

° ° °

Я /fy 20/ф

Составитель А. Баранов

Редактор Н. Егорова Техред M.Õîäàíè÷, Корректор M Поко

Заказ 5680/56 Тирам 816 . Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раувская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г, Уюгород, ул. Проектная, 4