Цифровое устройство фазовой синхронизации

 

Изобретение относится к электросвязи . Цель изобретения - повьшение помехоустойчивости. Устр-во содержит АЦП 1, цифровые фазовые дискриминаторы 2 и 11, блок задержки 3,. формирователь 4 кода адреса, адаптивный фильтр 5, функциональные преобразователи 6 и 10, реверсивньш счетчик 7, сумматор 8 и г-р 9 тактовых импульсов . Задача синхронизации сводится к определению в тактовьм момент времени адреса нужного отсчета, т.е. отсчета , равного значению когерентного с задающ1п 1 гармонического колебания в тактовый момент времени. Цель J3,o- стигается введением блока задержки 3, фильтра 5, сумматора 8, преобразователя 10 и дискриминатора 11. Дан пример выполнения формирователя 4. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) А2 (51) 4 Н 04 ? 7/02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕНН1 )Й КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И OTHPblTHRM

ПРИ ГКНТ СССР

И ABTOPCH0MV СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) 1225034 (21) 4174214/24-09 (22) 05.01 ° 87 (46) 28.02.89. Бюл. У 8 (71) Пензенский политехнический институт (72) Б,В.Султанов, С.Л.Шутов, В.В.Дорошкевич и Л.Н.Афанасьев .(53) 621.394.662 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

))i 1225034. кл. Н 04 L 7/02, 1984. (54) ЦИФРОВОЕ УСТРОЙСТВО ФАЗОВОЙ

СИНХРОНИЗАЦИИ (57) Изобретение относится к электросвязи. Цель изобретения — повьппение помехоустойчивости. Устр-во содержит АЦП 1, цифровые фазовые дискримйнаторы 2 и 11, блок задержки 3,. формирователь 4 кода адреса, адаптивный фильтр 5, функциональные преобразователи 6 и 10, реверсивный счетчик 7, сумматор 8 и r-p 9 тактовых импульсов. Задача синхронизации сводится к определению в тактовый момент времени адреса нужного отсчета, т.е. отсчета, равного значению когерентного с задающим гармонического колебания в тактовый момент времени. Цель до. стигается введением блока задержки 3, фильтра 5, сумматора 8, преобразователя 10 и дискриминатора 11. Дан пример выполнения формирователя 4. 1ил. Я

1462504

Изобретение относится к технике электросвязи и может быть использовано при создании систем фазовый синхронизации.

Цель изобретения — повышение помехоустойчивости.

На чертеже представлена структурная электрическая схема цифрового, устройства фазовой синхронизации. 10

Цифровое устройство фаэовой синхронизации содержит аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 1, цифровой

; фазовый дискриминатор (ЦФД) 2, блок, 3 задержки, формирователь 4 кода ад- 15

: реса (ФКА), адаптивный фильтр 5, функциональный преобразователь (ФП) 6, реверсивный счетчик (PC) 7, сумма-! тор 8, генератор 9 тактовых импуль сов (ГТИ), дополнительный ФП 10, до- 20 полнительный ЦФД 11.

ФКА 4 содержит узел 12 задания на-! чального кода, пороговый узел 13, накопительный сумматор 14, элемент, 15 задержки, инвертор 16,„ ключи 17 . и 18, усредняющий узел 19, сумматор, :20, узел 21 контроля, PC 22, блок 23, управления и схему 24 переписи кода.

В ФП 6, представляющем собой постоянное запоминающее устройство, эа- 30 писаны коды дискретизированньгх отсчетов гармонического колебания. Задача синхронизации сводится к опре,делению в тактовый момент времени адреса нужного отсчета, т.е. отсчета, 35, равного значению когерентного с зада: ющим гармонического колебания в тактовый момент времени. Поскольку частота f,. тактовых импульсов генератора 9 и номинальная частота f задаю- 40 щего колебания заранее известны, то, пользуясь соотношением периодов этих

Тт ч ( частот — = — и зная число N дисТ„ f„ 2 кретиэированных отсчетов, записанных 45 в ФП 6 и составляющих полный период

Т гармонического колебания, можно вычислить нормальное приращение адреса нужного отсчета ФП 6, возникающее в каждом такте: 50

Тт н

N: — N =-- N

I т„ t fT и

Таким образом, адрес Е jr/ требуемого отсчета в r"é тактовый момент времени может быть вычислен как г, (г)=(г„(r-I)+N, аг „(2) где Z (r-1) — адрес предшествуюЧьье щего отсчета, т,е. отсчета, появляющегося в (r-1)-й тактовый момент времени, I знак () mod N означает, что сложение в фигурных скобках производится

t по модулю N

Цифровое устройство фаэовой синхронизации работает следующим образом. ,Входной сигнал дискретизируется и преобразуется в цифровой код посредством АЦП 1. С помощью ЦФД 2 осуществляется сопоставление фаз задающего и выработанного схемой колебаний и в зависимости от их соотношения вырабатывается сигнал фазового рассогласования, представленный в виде кода Z3 Pr). Отсчеты формируемого схемой колебания снимаются с функционального преобразователя кода фазы в коды мгновенных значений выходного сигнала ФП 6, представляющего собой постоянное запоминающее устройство с записанной в него таблицей значений синуса или косинуса. При этом адресом нужного значения выходного сигнала, определяющим фазу вы.рабатываемого схемой колебания, является код, зафиксированный в PC 7.

Формирование этого кода производится следующим образом. В узле 12 задания начального кода хранится код номинального приращения адреса М, нужного отсчета ФП, вычисленный по формуле (1). При включении аппаратуры по команде с блока 23 управления через схему 24 переписи кода произво; дится запись этого кода в PC 22. В каждом такте работы схемы, т.е. с приходом каждого тактового импульса, происходит перепись в PC 7 результаf та сложения по модулю N< числа, зафиксированного ранее s PC 7, с содержимым PC 22, т.е. реализуется алгоритм по формуле (2), Число в PC 7 является адресом снимаемого с ФП 6 цифрового отсчета выходного сигнала ус,тройства синхронизации и подаваемого на ЦФД 2. В зависимости от соотношения фаз задающего и вырабатываемого схемой колебания формируемый посредством ЦФД 2 код фазового рассогласования может иметь различные знак и значение. В каждом такте этот код поступает на накопительный сумматор 14, где складывается с содержимым этого сумматора. При наличии посто3 146 янного фазового рассогласования число Z>(r) в преобладающем большинстве случаев имеет один и тот же знак;

Поэтому по истечении нескольких тактов сумма, накопленная в сумматоре

14, превышает порог срабатывания порогового узла 13 и последний выдает один импульс. В зависимости от знака накопленной в узле 14 суммы благодаря наличию инвертора 16 открывается один из ключей 17 или 18. В результате импульс с узла 13, пройдя через элемент 15 задержки и открытый ключ

17 или 18, поступает на счетный вход сложения или вычитания PC 7, корректируя на один шаг фазу выходного сигнала схемы (изменяет на единицу адрес отсчета, снимаемого с ФП 6).

Таким образом,в предложенном устройстве реализуется пропорциональная петля регулирования. Элемент 15 за-, держки нужен для того, чтобы исключить воэможность сбоев PC 7, связанных с одновременным поступлением импульса на его счетный вход и переписью параллельного кода из сумматора

20. Помимо счетного входа PC 7 каждый корректирующий импульс пропорциональной петли регулирования поступает на вход сложения или вычитания усредняющего узла 19. При наличии постоянного знака фазового рассогласования, обусловленного, например, расхождением частот задающего и подстраиваемого колебаний, корректирующие импульсы с выхода ключа 17 и 18 постоянно поступают на один и тот же вход усредняющего узла 19. B результате последний переполняется и на одном из его выходов в соответствии со знаком переполнения появляется импульс, который поступает на счетный вход вычитания или сложения PC 22. Вследствие этого число в PC 22 изменяется в ту или иную сторону на единицу. Это значит, что изменяется шаг нбминального приращения за такт адреса подстраиваемого колебания N что физически эквивалентно изменению частоты подстраиваемого колебания. Усредняющий узел 19 и PC 22 выполняют в устройстве функции интегрирующей петли регулирования. Узел 21 контроля служит для восстановления работоспособности схемы в том случае, если в результате воздействия помех сильно искажено число в PC 22 (номинальное приращение N<). Узел 21 контролирует состоя2504

4 ние разрядов PC 22 и т<ри превышении кода в PC от NI допустимого (заложенного при проектировании) значения вьщает сигнал в блок 23 управления.

По этому сигналу блок 23 управления вновь открывает схему 24 переписи и в PC 22 с узла 12 записывается номинальное значение числа N

10 При этом фаза выходного сигнала

ФП 6 ср не соответствует фазе заеь«<. I дающего колебания Cf» . При малых фазовых рассогласованиях

15 М = C-pe, — С „,„р (3) (максимальное значение дрожания фазы и ° и не превь<шает, как правила -- —, -)

12 9

20 выходной сигнал ЦФД 2 с приемлемой точностью можно записать как (1<,(t) =ay k + n,(t)

25 (4) где k — коэффициент пропорциональности;

n,(t) — аддитивный шум, некаррелированный с фазовым дрожанием, а следовательно, и с S(t), т.е.

Ср,(t) g,(t) =q,(t) S(t); (5а)

55 с,(t) n,(t) = О. (5б) В качестве адаптивного фильтра 5 в предложенном устройстве можно исn< (t) ° S(t) = 0 (4а) (черта над выражением означает ус35

Принципиальная разница между сигналами S(t) и n,(t), обусловливающая целесообразность записи (4) заключается в том, что S(t) является пери40 одической функцией времени (в силу периодичности породившего этот сигнал

° фазового дрожания), в то время как

n,(t) представляет собой непериодический случайный процесс, имеющий в

45 общем случае конечньп< интервал корреляции <.

Блок 3 задержки обеспечивает задержку с > с ° Поэтому выходной сигнал

g<(t) блока 3, а следовательно, и выходной сигнал <,(С) адаптивного фильтра 5 коррелируются лишь в составляющей S(t), т.е.

С учетом корреляционных свойств. сигналов п (t), S(t) и q (t), выражаемых равенствами (4а) и (5б), соотношение (8) можно переписать в виде

У (с) - и (t) + (S(t) — k q (t)Jt (t2) q (t)- (tI,„(t)-(p„(t) ))k+n, (t), (6) Величина (1) „,х (t), пРедставлЯющаЯ, собой фазу формируемого посредством :ФП 11 опорного колебания, линейно ,, связана с формируемым в регистре ко дом адреса, управляющим ФП 10, и on.,ðåäåëÿåòñÿ соотношением

20 (yt(t)J р (t) достигается в том случае, когда ч(2") = kz g (("), (р,„,„(t) =- Ч „,„,(t) + ср,(t). (7) 25

Ьых.(В данном выражении (.Р (t) соот ветствует коду, поступающему на сумматор 8 с PC 7, à q (t) — коду

q,(t), поступающему на узел 8 с фильтра 5, т.е. (р,(t) = k, cp,(t), (8) где k(, — постоянный коэффициент пропорциональности, Записывая (7) с учетом (8) и под;ставляя полученное выражение для

Я (й) в формулу (6), получают (2,(6) =(q,„(t) -42„,„, (t)— — $,t2, (t)) 2+6,(2) - (4(,„(2) — (9) (),,„(Е)) k+n,(t)-k k,(р (t).

Сопоставляя:выражение (9) с равен- 45 ством (2), с учетом (3) можно запи- Ф î Р м У л а и з о б P e т е н и Я сать

5 14 пользовать традиционно применяемый в адаптивных гармонических корректорах (выравнивателях) сигнала трансвермальный фильтр с регулируемыми коэффициентами отводов.

Адаптивная регулировка коэффициента фильтра 5 осуществляется на основе градиентного алгоритма минимизации среднеквадратичного значе( ния сигнала ((t) на выходе ЦФД 11.

2 !

Выходной сигнал ЦФД 11 идентичх (ного ЦФД 2, по аналогии с (4) можно : определить как

p,(t) = S(t) + 1,(t) -k,Ср (t),((0) где k2= kk

Выходной сигнал ЦФД 11 управляет адаптивной регулировкой коэффициентов фильтра 5, причем регулировка производится по известному алгоритму минимизации среднеквадратичного значения ((-).

С учетом (10) можно записать, что минимизации подвергается величина

62604

y*,(t) = 6(t) +n,(t) - k, q,(t)J =

= "() + Г8() - -Ч(6 + («) 5 + 2n,(t) PS(t) -k q (t)), В результате адаптивной регулиров15 ки коэффициентов фильтра 5 изменяется значение выходного сигнала этого фильтра. Как видно из формулы (12) минимальное значение т.е. когда неотслеживаемый астатической системой фазовой автоподстройки (ФАП) 2-ro порядка сигнал фазового дрожания S(t) оказывается полностью скомпенсированным посредством вводимой в код адреса поправки

k qt,(t), формируемой с помощью адап-" тйвного фильтра 5. При этом в результате настройки фильтра 5 по критерию минимума (12) устанавливаются такие значения его коэффициентов, при которых частотная характеристика фильт.— ра позволяет из смеси g,(t) широко40 полосного аддитивного шума n (t) и ( узкополосного фазового дрожания

S(t) выделить сигнал cp (t) .

Цифровое устройство фазовой синхронизации по авт,св. В 1225034, 50 о т л и ч а ю щ е е с я тем, что4 с целью повышения помехоустойчивости, введены последовательно соединенные блок задержки, адаптивный фильтр, дополнительный сумматор, дополнительный функциональный преобразователь и дополнительный цифровой фазовый дискриминатор, сигнальный вход и выход которого соответственно соединены с выходом аналого-цифрового преобразо!

462504

Составитель А.Яврумов

Техред М.Ходанич Корректор А.Обручар

Редактор Л.Пчолинская

Заказ 538/57 Тирам 627 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r.ужгород, ул. Гагарина, 101 вателя и управляющим входом адаптивногО фильтра, тактовый вход которого объединен с соответствующими входами дополнительного цифрового фазового дискриминатора, дополнительного функционального преобразователя и цифрового фазового дискриминатора, выход которого подключен к вхоцу блока задержки, при этом выход первого реверсивного счетчика подключен к другому входу дополнительного сумматора.