Многоканальный фазовый демодулятор

 

Изобретение относится к технике связи. Цель изобретения - повышение точности. Многоканальный фазовый демодулятор содержит блок 2 синхронизации и N каналов 1, каждый из которых состоит из полосового фильтра 3, ключа 4, АЦП 5, блока 6 вычисления дискретного преобразования Фурье, решающего блока 7 и блока 8 управления. В данном демодуляторе в каждом канале 1 использован один полосовой фильтр 3 и эл-ты последовательной обработки каждой посылки, что исключает влияние дрейфа его параметров на точность измерения и повышает точность измерения разности фаз колебаний смежных во времени посылок в каждом из частотных каналов 1. 7 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (51) 5 Н 04 1, 27 22

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

1 (21) 4390695/24-09 (22) 09. 03. 88 (46) 07. 04. 90. Бюл. 11 13 (71) Конструкторское бюро "Шторм" при Киевском политехническом институте им.50-летия Великой Октябрьской социалистической революции (72) M.Þ. Баранцев, А.В.Майструк, В.А.Гудым, С.Е .Литошенко и Г.Л, ° Фуников (53) 621.376.33(088.8) (56) Окунев IÎ.Б. Теория Фазоразностной модуляции.-М.: Связь, 1979, с.1 08, рис,3,24 . (54) МНОГОКАНАЛЬНЫЙ ФАЗОВЫЙ ДЕ1МОДУЛЯТ0Р (57) Изобретение относится к технике

2 связи. Цель изобретения повышение точности. Многоканальный Фазовый демодулятор содержит блок 2 синхронизации и N каналов 1 каждый из которых состоит из полосового Фильтра 3, ключа 4, АЦП 5, блока 6 вычисления дискретного преобра-. зования Фурье, решающего блока 7 и блока 8 управления. В данном демодуляторе в каждом канале 1 использован один полосовой фильтр 3 и эл-ты последовательной обработки каждой посылки, что исключает влияние дрейфа его параметров на точность измерения и повьш ает точность измерения разности

Фаз колебаний смежных во времени посылок в каждом из частотных каналов 1.

1 . Ю

7 ил.

1555900

Изобретение относится к технике связи и может быть использовано при построении систем передачи и приема информации с Фазоразностной модуля5 цией.

Цель изобретения — повьш ение точности.

На Фиг..l представлена Функциональная схема многоканального Фазового 10 демодулятора, на Фиг. 2 — принципиальная электрическая схема полосового

Фильтра, на фиг. 3 - Функциональная схема блока синхронизации; на Фиг.4— функциональная схема блока управления 15 и блока вычисления дискретного преобразования Фурье; на фиг. 5 — Функциональная электрическая схема решающего блока, на фиг. б и 7 — 1времен-. ные диаграммы. 20

Многоканальный Фазовый демодулятор содержит N идентичных каналов 1, блок

2 синхронизации, полосовой Фютьтр 3, ключ 4, аналого-цифровой преобразователь 5, блок 6 вычисления дискретного 25 преобразования Фурье, решающий блок

7, блок 8 управления. При этом палосовой фильтр содержит резистор 9, конденсатор 1 О, второй резистор 11, второй конденсатор 12, операционный усилитель 13. Точка соединения конI денсатора 10, второго резистора 11 и инвертирующего входа операционного усилителя 13 является управляющим входом полосового фильтра 3.

Блок 2 синхронизации содержит полосовой фильтр 1 4, пороговый блок .15, Формирователи 16-19 импульсов.

Блок вычисления дискретного преобразования Фурье содержит арифметическое устройство 20, первый 21 и второй 22 регистры, а блок 8 управления — генератор 23 импульсов, счетчик 24 импульсов икомбинационную схему 25, выполненную на элементе

И-НЕ 26 и элементе ИСКЛ1ОЧАЮ1НРЕ ИЛИ

27, Решающий блок 7 содержит вычислитель 28 фазы, регистр 29, вычитатель 30.

Многоканальный фазовый демодулятор работает следующим образом.

На вход блока 2 синхронизации и первые входы Н идентичных каналов 1 поступают посылки многочастотного сигнала с фазоразностной модуляцией по каждому из частотных каналов. Значения рабочих частот отличаются одно от другого на постоянную величину.

Посылки сигнала разделены защитными интервалами, Период следования посылок равен Т., величина защитных интервалов —, причем Т ) . . Моментами манипуляции начальных фаз каждого из колебаний, входящих в многочастотныР сигнал, являются моменты начала посылок, т.е. t>, t<, t6 (фиг.бч).

Блок 2 синхронизации работает следующим образом.

Полосовой Фильтр 14, настроенный на частоту следования посылок сигнала (частоту маниг1уляции), выделяет из многочастотного сигнала колебание с частотоР манипуляции, из которого пороговый блок 15 Формирует последовательность прямоугольных импульсов (Фиг.бб,a). На выходе порогового блока 15 фаза импульсноР серии сдвинута на величину t< относительно границ посылок. Компенсация сдвига производится с помощью Формирователя

16 импульсов, представляющего собой ждущий мультивибратор, запускаемый по передним фронтам входной синхросерии и вырабатывающий импульс длиI .тельностью t = Т-t c (фиг.бг) .

Настройка длительности импульса Формирователя 16 импульсов производится при доводке всего устроРства с учета реаль ноР величины tz Диапазон перестройки длительности составляет 0 (t 2Ò.

По заднему Фронту импульса с выхода

Формирователя 16 импульсов запускается формирователь 17 импульсов, также представляющий собоР ждущий мультивибратор, которыР вырабатывает импульс с длительностью, равной величине защитного интервала . Таким образом, импульс на выходе формирователя 17 импульсов определяет своими Фронтами конец и начало посылок (Фиг.бд). Do переднему и заднему Фронтам этого импульса запускаются Формирователи 1 8 и 19 импульсов, также преставляющие собой ждущие мультивиб-. раторы. Их выходные импульсы представляют собоР короткие (tр ), отрица— тельные по полярности (направлению) перепады напряжения, непосредственно синхронизирующие блоки демодулятора (фиг. бе, ж) . По импульсам с выхода формирователя 18 импульсов производится разряд полосовых фильтров 3 всех Я идентичных каналов 1, а решающие блоки 7 осуществляют перезапись информации. По импульсам с выхода формирователя 19 импульсов запуска5

1555 ются блоки 8 управления всех каналов

1. Полосовой Фильтр 14 реализован на Т,С-контуре с частотой настройки.

f = — . Пороговый блок 15 реализован .

Т на микросхеме 521СА3, формирователи

16-1 9 импульсов — на микросхемах

1 55А ГЗ . Напряжения íà вьгходах полосовых фильтров 3 представлены на 10

Фиг.бз. Полосовые фильтры 3 каждого канала 1 настроены на частоты канальных колебаний и должны быть стабильными, простыми в коммутации и перенастройке, обладать высокой (30-50) 15 добротностью и значительным усилением на резонансной частоте. В предлагаемом демодуляторе применен полосовой Фильтр с многопетлевой обратной связью (Фиг.2). Необходимость 2р коммутации вызвана инерционностью

Фильтра, время установления переходных процессов в котором обратно про,порционально полосе пропускания, Коммутация позволяет искусственно уст- 25 ранить последствие предыдущей посылки и уменьшить длительность защитного интервала (Фиг,бз) . Полосовой

Фильтр 3 реализован на микросхеме

140УД7, а ключ — на полевом транзис- 30 торе 2П1 ОЗЕ.

Аналого-цифровой преобразователь

5, управляемый блоком 8 управления данного канала, на протяжении защитного интервала производит четыре от,счета, коды которых поступают на вход блока 6 вычисления дискретного преобразования Фурье. Блок 6 вычисления дискретного преобразования Фурье предназначен для вычисления по отсчетам 4р канального сигнала параметров принятого колебания, позволяюших вычислить его начальную Фазу, впоследствии разность Фаэ (Фиг .6и,к) . Поскольку канальные колебания после обработ-, 45 ки полосовыми фильтрами 3 являются моногармоническими, достаточно ограничиться четырехточечным преобразованием Фурье по одной спектральной компоненте, согласовав частоту дискретизации в каждом канале с частотой настройки полосового фильтра 3.

Алгоритм дискретного преобразования

Фурье имеет вид

2 Й- Я

Х(1с) = — Wx(n) e- М у

n-o где X(k) — искомый спектр, х (и) — отсчеты сигнала;

900

n — номер отсчета;

k — номер гармоники.

Выполнив преобразование при N=4 и

= -7, получают

Х(! ) = R(x(0)-х (2)) + j (х(1)-х(3)) или в общем виде х(1) =R, +1 Т„.

Начальная Фаза колебания при этом определяется как

Т и

Ц> = arctg(— )

Блок вЫчислениЯ дискРетного пРеобразования Фурье, вычисляющиий значения R и Т, содержит арифметическое устройство 20, регистры 21 и 22.

Работу данного блока 6 целесообразно рассмотреть совместно с работой блока

8 управления по Функциональной схеме (Фиг.4) и временным диаграммам (фиг.7а-и) . По импульсу запуска, поступающему на вход блока 8 управления из блока 2 синхронизации, производится начальная установка счетчика

24 импульсов, благодаря чему комбинационная схема 25 вырабатывает сигнал запуска генератора 23 импульсов.

По передним фронтам импульсов гене" ратора, частота которого в каждом канале 1 равна учетверенной частоте настройки полосового Фильтра 3, запускается аналого-цифровой преобразователь 5, выдача отсчетов из которого задержана внутри примененной микросхемы на один такт (фиг.7г). На протяжении первого и второго тактов арифметическое устройство 20 производит прямую передачу кодов х(0), x(I), последовательно записываемых в регистры 21 и 22. При дальнейшем сдвиге информации на третьем и четвертом тактах на втором входе арифметического устройства 20 появляются коды х(0) и х(1) соответственно. Бо сигналу управления с выхода комбинационной схемы 25 (Фиг.73) на третьем и четвертом тактах арифметическбе устройство переходит из режима прямой передачи кодов в режим вычитания и на своем выходе формирует величины

Ве и Т . Производится дальнейшая конвейерная перезапись в регистрах, в результате чего на пятом такте в них записывается результат вычисления дискретного преобразования фурье. На пятом такте та же комбинационная схема 25 вырабатывает сигнал блоки1555900 ровки генератора 23 импульсов и прекращает тем самым процесс вычисления .

Коды R и I поступают на выходы блока

6 вычисления дискретного преобразора5 ния Фурье и находятся на них до. запуска блока 8 управления на следующем защитном интервале, Генератор 23 импульсов и. счетчик 24 импульсов особенностей не имеют и выполнены на микро- !0 схемах 155ЛАЗ и 531ИЕ! 7. Комбинационная схема 25 выполнена на элементе

И-НЕ 26 155ЛАЗ и элементе ИСКЛРЧМЮЩЕЕ

ИЛИ 27 155ЛЕ!. Особенность комбинационной схемы 25 и арифметического уст- !5 ройства состоит в том, что на нулевом такте формируется сигнал, соответствующий операции Прямая передача", не влияющий на дальнейшую работу схемы, Коды R и I,„ îäíîçíà÷íî определяют 0 парамеTpbl принятого колебания, что дает возможность вычислить его фазу в решающем блоке 7 (Фиг.5). Вычислитель 28 Фазы, входящий в состав решающего блока, реализован на постоянном 25 запоминающем устройстве,. адресная шина которого условно разбита на две части. При разбивке адресной шины коды R и I однозначно определяют адрес

П

ADR. = R + 2» Х с и к

50 где и — разрядность адресной шины, макс 35

D — число, соответствующее

131 о коду фазы 360

В каждую ячейку ПЗУ при программировании микросхемы заносится код, вычисленный по выражению 40

0маис с ц!!! )

D>D< = (а ° arctg () + Ь ° 90) где операция (° 1 обозначает перевод и» числа из десятичной в двоичную систему; 45 счисления а и Ь вЂ” множители, учитывающие приведение Функции арктангенса к любому из четырех квадрантов фазы.

Вычислитель 28 фазы реализован на микросхеме 573РФ2, запрограммированной в соответствии с указанными выражениями. Код фазы с выхода вычислителя 28 фазы поступает на вход регистра 29 и Второи вход вычитателя

30, В момент времени, определяемый импульсом с выхода блока синхронизации, производится запись информации в регистр 29, благодаря чему на выходе решающего блока Фиксируется инФормация о искомой разности фаз, яв-, ляющаяся демодулнрованным информа ционным параметром. Регистр реализован на микросхеме 155ИР13, вычитатель-на микросхеме 155ИПЗ.

Положительный эффект применения многоканального фазового демодулятора проявляется в повышении точности измерения разности фаз колебаний смежных во времени посылок в каждом из частотных каналов. Это обусловлено тем, что в известном демодуляторе указанное измерение производится между выходными напряжениями двух полосовых Фильтров в каждом канале, параметры которых могут изменяться неидентично в процессе работы, а в предлагаемом используют один полосовой фильтр и устройство последовательной обработки каждой посылки, что исключает влияние дрейфа его параметров на точность измерения. Положительный эффект заключается также в снижении требования к точности настройки полосовых фильтров и простоте перенастройки цифровых узлов.

Формула и з о б р е т е н и я

Иногоканальный Фазовый демодулятор, содержащий N идентичных каналов, каждый из которых содержит полосовой

Фильтр, и блок синхронизации, вход которого соединен с первым входом каждого из N идентичных каналов и является входом многоканального фазового демодулятора, а первый и второй выходы блока синхронизации соединены соответственно с вторым и третьим входами каждого из N идентичных каналов, выходы которых являются выходами многоканального фазового демодулятора, причем вход полосового фильтра является первым входом канала, о т л и ч а ю m и и с я тем, что, с целью повышения точности, в каждый канал введены последовательно соединенные аналого-цифровой преобразователь, блок вычисления дискретного преобразования Фурье и решающий блок, а также ключ, вход которого соединен с выходом полосового фильтра и с входом аналого-.цифрового преобразователя, а выход ключа — с управляющим входом полосо — вого фильтра, и блок управления, пер» вый выход которого соединен с тактовыми входами аналого-цифрового пре9 1 555900 J0 образователя и блока вычисления дис- нала, прн этом управляющий вход клюкретного преобразования Фурье, управ- ча соединен с вторым входом решающеляющий вход которого соединен с вто- го блока н является вторым входом карым выходом блока управления, вход нала, причем выход решающего блока

5 которого является третьим входом ка- является выходом канала.

1555900

1555900

1555900

Составитель В. Цветков

Техред M.Äèäûê Корректор С.1Иевкун

Редактор И. 111улла

Подписное

Заказ 565 Тираж 527

BHHHIIH Государственного комитета по изобретениям и открьггиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул, Гагарина, 101