Устройство формирования сигналов с ограниченным спектром частот

 

(!9 (1!) Щ)э НОЗС 1 2

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ н автаесноми савщатвпьстам

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЭОЬРЕТЕИИЯМ И ОТИРЫТИЯМ

ПРИ ГИКТ СССР (21) 4629541/24-09 (22) 02 ° О1. 89 (46) 30.04.91. Вюп. It 16 (71) Куйбышевский электротехнический институт связи (72) В,П. Зайкин, Д.Д. Кловский и ь .И. Николаев (53) 621.376.22(088.8) (56) Чоке М,, Насбомер Г., Формиро" вание сигналов .в синхронных системах передачи данных посредством цифровой

"эхо-модуляции". — Зарубежная радиоэлектроника, 1973, It 1, с. 25, рис. 12. (54) УСТРОЙСТВО ФОРМИРОВАНИЯ СИГНАЛОВ

С ОГРАНИЧЕННЫМ С11ЕКГРОМ ЧАСТОТ (57) Изобретение относится к радиотехнике и предназначено для передачи дискретных сообщений по каналам с ограниченной полосой частот. Целью изобретения является уменьшение искажений спектра выходных сигналов. Устройство

Изобретение относится к радиотехнике и предназначено для передачи дискретных сообщений по каналам с ограниченной полосой частот.

Целью изобретения является уменьшение искажений спектра выходных сигналов.

На фиг. 1 приведена структурная схема устройства формирования сигналов с ограниченным спектром частот; на фиг. 2 и 3 — временные диаграмма, 2 содержит управляемый инвертор (УИ), линию задержки с отводами, регистр сдвига, делитель частоты, ключи, блоки задания весовых коэффициентов, инверторы,фильтр нижних частот и суммирумщий усилитель (СУ) . Использование суммирукицих резисторов (из состава СУ) одинакового номинала упрощает компенсацию погрешности формирования сигналов, обусловленной смещением нулевого уровня на выходе СУ. Введение в устройство блоков задания весовых коэ4хрициентов, нагруженных на суммирующие резисторы, позволяет формировать сигналы с ограниченным спектром с любой формой среза спектра путем изменения величин и знаков отсчетов в блоках задания весовых коэффициентов.

Введение в устройство УИ приводит к уменьшению погрешности формирования сигнала, т.к. s этом случае сигналы разной формы обрабатываются одними и теми же блоками задания весовых юмам коэффициентов. 4 ил. поясняющие работу устройства формирования сигналов с ограниченным спект3 ом частот; на фиг. 4 - пример практической реализации блока 6 задания весовых коэффициентов.

Устройство формирования сигналов ° с ограниченным спектром частот (фиг.1) содержит управляемый инвертор (УИ) 1, (2N+1)-разрядную линию задержки (ЛЗ) 2 с отводами, (2Х+1+М)-разрядный регистр сдвига (РС) 3, делитель 4

1646042 частоты, (4N+2) ключей 5 - 5 1{ (2N+?) блоков 6 - б н+ задания весовых коэффициентов, N инверторов

7{ -1ы, Фильтр нижних частот (ФНЧ) 8, суммирующий усилитель 9. Влок 6 задания весовых коэффициентов (фиг. 4) содержит входной резистор 10, повторитель 11, первый, второй и третий резисторы 12 - 14 обратной связи, опера-10 ционный усилитель 15 н потенцио.метр 16.

Устройство формирования сигналов с ограниченным спектром частот работает следующим образом. 15

Рассмотрим работу блока 6 (фиг. 4) .

Сигнал, полярность которого определяется знаком соответствующего импульса перекодированной последовательности, записанного в соответствующий разряд

ЛЗ 2 через соответствуккций ключ 5, подается на вход блока 6, при этом на выходах повторителя 12 и олерационного усилителя 16 присутствуют разнополярные уровни напряжения с амплитудой 25

U где +U выходные напряжения микросхем, близкие к напряжению питания.

Со среднего вывода лотенциометра 17 снимается значение отсчета формируемого сигнала, причем амплитуда отсче- 30 та определяется величиной смещения движка потенциометра 17 относительно среднего положения и мажет изменяться от нуля до U, а знак формируемого отсчета определяется направлением смещения движка потенциометра 17 относительно среднего (нулевого) положения.

Если движок смещен в сторону вывода, соединенного с выходом повторителя 12, то ормируется отсчет положительной 40 полярности. Когда ключ 5 ° выход которого соединен с входом блока 6, закрыт, вход блока 6 через входной резистор. 11 привязан к нулевому потенциалу, при этом на выходе повторителя 45

12 и операционного усилителя 16 присутствует нулевой уровень, а следовательно, нулевой уровень присутствует и на выходе блока 6, таким образом, полностью исключается влияние помех

50 ло цепям питания на положение нулево

ro уровня на выходе блока 6. где К,(t),ZZ(t) н q,(t), q (t)синфазные и квадратурные компоненты

55 однополосных сигналов со спектраин

6 (f) и {: (Е) соответственно. Выражение (2) можно переписать ввиде

Входные данные в форме двоичной последовательности подаются на сигнальный вход УИ 1. Скорость подачи последовательности определяется интервалом манипуляции Т (длительность двоичного символа) и равна 1/Т. Иример входной последовательности дан на фиг. 2 а. На вход управления УИ 1 подается управляющий сигнал (фиг.26).

Следует отметить, что форма сигнала (фиг. 2б) на входе управления УИ 1 определяется соотношением несущей частоты формируемого сигнала и скорости манипуляции входных данных В.

В случае реализации в устройстве амплитудной модуляции с частично подавленной боковой полосой при соотношении fz kf1t/23 (например, передача дискретных сообщений, поступающих со скоростью 3200 ьод, методом амплитудной модуляции несущей f е

= 2400 Гц с частично подавленной верхней боковой полосой (фиг. За)) управляющий сигнал имеет внд, представленньй на фиг. 26. В этом случае сигнал на выходе УИ 1 имеет внд периодически инвертированной входной последовательности (фиг. 2в), то есть два соседних симвояа входной последовательности передаются на выход без изменения полярностн,а два следующих инвертируются н т.п.

Для пояснения необходимости введения операции перекодирования (инвертирования), а следовательно н УИ 1, рассмотрим процесс формирования группового сигнала с заданнмч законом модуляции.

11усть требуется сформировать сиг нал с частотно ограниченнж спектром общего вида (фиг. 3а).

Очевидно, спектр такого сигнала

G(f) можно представить в виде с1 ня4 двух спектров

c(f)-с,(к)+о,(к). (1)

Форма импульса, юммщего спектр 4(f) может быть представлена в виде

g(t) J С(Е) е . И (2)

j@4

-(R,(c)+ac(c))coeca c+(q,{с) +

+ Q<(t))Sin Q, °

g(t)R(t) Cos Q{)t+g(t) Sin Q{) t. (3) 5

1646042

11одставляя это выражение в (8) и придавая g ° (t) различные значения, получаем

g9(t) R(t) Cos(O,t+g(t) S1пЮ t=g(t)

g, (t)-К(t) Sin(g,t-Ц(t) СовО,t=g(t)

g, (t)=-pR(c)Cosa),t+()(t) Sin(O t) -g(c)

gq(t) =- tR(t) Sin,c-q(t) Сову.tg=-g(t)

g4(t)=R(t) CosQоt+Q(t) SinQ t =-Я(Ф.) и т,д. (9)

Таким образом, из (9) можно увидеть, что для рассматриваемого случая (отношение fo /В = 3/4) число различных форм элементов сигнала, необходимых для реализации заданного вида модуляции, равно четырем g(t) g(t) -g(t) -g(tJ, т.е.

+Я iT (5) или где g(t) " четная, g(t) — нечетная функции времени. Однако выражение (10) можно представить в виде:

Из (») видно, что сигнал с заданным законом модуляции можно получить, используя только две формы элементов сигнала g(t) и g(t), но вводя в устройство УИ 1, в котором осуществляется периодическое инвертирование пар символов согласно (11) (фиг. 2в), Аналогичным образол можно показать, что для любых имеющих практический интерес стношений f>/В, выражаемых простои дробью, можно реализовать все линейные виды модуляции с использованием только двух форм элел(ентов сигнала g(t) и 8(С). Итак, перекодиро ванная последовательность информационных элементов с выхода УИ 1 подается на информационный вход ЛЗ 2 и продвигается по ней с помощью последовательности тактовых импульсов (фиг. 2г), которые подаютс на тактовый вход ЛЗ 2. Сигнал на выходе первого разряда ЛЗ 2 представлен на фиг. 2д.

Сигнал на выходе делителя представлен на фиг. 2е. Сигналы на выходах

PC 3 (начиная с первого) показаны на (фиг. 2ж-и). 11ерекодированная после-, 40 (8) 11ри модуляции несущего кслебания последовательностью импульсов групповой сигнал S(t) принимает вид

S(t)= а;R(t-iT)Cos Я + 5

»с -OO

+, » à, g(t-iT) SinQ,t, (4) где а;=+1 знаковые коэффициенты, определяющие информационное содержание передаваемой импульсной последовательности, Выражение (4) можно также представить в эквивалентной форме

g (t ) = » a; (g (t-i T) co aft») (t- (7)+ »

»tr-О »

+ Q T +q(t-iT) Sin () (t-iT)+

S(t) = а; g, (t-iT), » C. a-Д0 где g,, (t)R(t) Сов(ЯС+Я 1Т)+

+q(t) Sin(Q t+Q,iT), то есть с каждым i-м интервалом мани30 пуляции (выборкой данных а ) связан I ) элемент сигнала g (t) задержанньй на

1 величину iT. В общем случае форма всех элементов g ° (t) различна. Однако, если отношение частоты несущей Й к скорости манипуляции В 1/Т представляет собой простую дробь, то число различных форм g,(t) ограничено. Убедимся в этом, переписав (7) в виде

g, (t) R(t) Сов(Яра+2 и i - ) +

Л °

+0(с) Sin(Q с+2 s i - ), л. f где К() — четная, à Q(t) нечетная функции времени.

Определим число различных форм сигналов, которые необходимо формировать, » 50 чтобы реализовать заданный закон модуляции при заданном отношении частоты несущего колебания к скорости манипуляции.

Для случая f 2400 Гц, Во Т 55

3200 ьод выражение 2 ii if Т в (8) принимает вид

2 1й Т 2 и д 2400/3200 3i —, g(t)=acg(t)»a,g(t-Х)+а» (-g(t-»Х))+

+ c»(g(t Çò)j»o4g (t 4ò)» ((О) S(t) =а g(t)+s1g(t-Т)+(-а,) g(t-2Т)+

+(-а )g(t-3T)+aÄg(t-4Т)+... (11) 1646042 . довательность элементов и последовательность считывающих импульсов продвигаются по JI3 2 и PC 3 синхрон-, но, так как на их тактовые входы подается одна и та же последовательности импульсов. Рассмотрим процесс формирования сигналов, используя временные диаграммы фиг. 2. Пусть первым тактовым импульсом (фиг. 2r) первый символ перекодированной последовательности записан в первый разряд

ЛЗ 2 и появился на его выходе. 1Io мере продвижения каждого элемента перекодированиой последовательности по JI3 2 его сопровождает один и тот же считывакщий импульс, продвигающийся синхронно с ним по РС 3. В соответствии со схемой .фиг. 1 этот элемент поочередно появляется на разрядах

ЛЗ 2, проходит через один из открытых ключей 5 и через соответствующий блок 6 и поступает на вход суммирующего усилителя 9 с весом, определяемым блоком 6. " àêèì образом,,каждьй 25 элемент перекодированной последоваTBJIbH0cTH проходя по всей ЛЗ 2 порождает на выходе суммирукицего усили теля 9 (2N+1) ступенчатую функцию времени. Каждый нечетный элемент переко- 31) дированной последовательности коммутируется ключами 5,...,,5, верхнего (по схеме) ряда ключей и проходит через левую группу из (N+1) блоков

6 -6 н+<. ИРи этом формиРУетсЯ сигнал

8(С), четность которого обеспечивается тем, что обе половины этого сигнала формируются в одних и тех же блоках 6, но в разное время. Это хоро" шо видно из схемы соединения ключей

5 с блоками 6. Каждый четный элемент перекодированной последовательности, коммутируемый ключами 5 1 +,...,5414 а, из нижнего (по схеме) ряда ключей, проходит, через правую группу .из 45 (11+1) весовых узлов 611+ - 6 я+ . При этом формируется сигнал g(t), нечеткость которого обеспечивается тем, что вторая половина отсчетов этого сигнала лоступает на входы ключей 5О

SNICK 54й 2 через ниверторы а с выходов ключей 55й Э - 54 и+а про ходит через те же блоки 6, что и

Э, первая половина отсчетов. Если центральный отсчет равен нулю, то соответствукщий инвертор не нужен (именно этот случай представлен на схеме фнг. 1). Волее того, цепь формироваI ния нулевого центрального отсчета

g(t) может быть исключена вовсе.

Частота следования тактовых импульсов f выбирается кратной скорости манипуляции В и настолько большой, чтобы достаточно точно аппроксимировать g(t) и g(t), что, в свою очередь, упростит структуру фильтра

ФНЧ 8, включенного на выходе.

При некоторых соотношениях скорости манипуляции В и тактовой частоты

Й. может происходить одновременное открывание ключей 5, соединенных с одним и тем же блоком 6, В этом случае выходы соответствующих ключей должны быть раэьединены, а блоки 6 и суммирующие резисторы 8 должны быть дублированы.

Рассмотрим особенности структуры

PC 3 и делителя 4. Строго говоря, применение структуры PC 3 и с четырнадцатью отводами необязательно (при

N+1+M=14). Можно ограничиться PC 3 с шестью выходами, если подключить выходы регистра согласно приведенной ниже таблице. омера подсоединяемас ключей

Номера выходов регистр

5 5о 5 г

5g Ss 58

5, 56 5>

54 5 < 5 7I

5q 5

54 53 5

11 !

3

5

6 где цифрами 54, 5, 5 ...5ц обозначены номера верхнего ряда (по схеме) клячей, считая слева направо, а ц14фрами 5, 5, 5, ...5

Волее того, если в делителе 4 применить счетчик с фазоимпульсным представлением информации, то делитель

4 РС 3 можно заменить подобным счетчиком, сохранив представленную таблицу, схему разводки выходов счетчика, считая при этом нулевой выход счетчика соответствующим выходу первого разряда РС 3.

Состав и порядок работы блоков 6 были подрооно описаны раньше. Здесь только отметим, что введение блоков

9 164

6 приводит к снижению погрешности фор мирования сигналов, так как значения отсчетов формируемых сигналов могут быть выставлены как угодно точно.

Кроме того, в предлагаемом устройстве "нуль" формируемых сигналов обус ловлен двуполярным питанием, в то время как в устройстве по прототипу

"нуль" формируемых сигналов является искусственным, равным половине питания логических микросхем. Это обстоятельство вынуждает ставить разделительный конденсатор на входе суммирующего усилителя 19, в противном случае сужается динамический диапазон вследствие смещения рабочей точки.

Введение в предлагаемое устройство перестраиваемых блоков 6, нагруженных на суммирующие резисторы одинакового номинала в суммирующем усилителе 10 делает предлагаемое устройство универсальным, так как позволяет формировать сигналы любой формы, причем форма сигналов может быть легко изменена путем изменения значений отсчетов сформированных сигналов в блоках ь.

Очень важным преимуществом, которое приобретает предлагаемое устройство при введении в него перестраиваемых блоков 6, нагруженных на суммирукщие резисторы одинакового номинала, состоит в том, что номинал компенсирующего резистора не зависит от значений отсчетов формируемых сигналов.

Формула изобретения устройство формирования сигналов с ограниченным спектром частот, содержащее N инверторов, (2И+1) разрядную линию задержки с отводами, (4N+2) ключей, (2Ы+1+М) разрядный регистр сдвига, где И=й /В, f частота следования тактовых импульсов,  — скорость манипуляции, а также суммирующий усилитель, при этом тактовый вход (2И+1)-разрядной линии задержки с отводами соединен с тактовым входом (2N+1+M)-ro разрядного регистра сдвига, выходы первого, второго,...,(2N+1)-го разрядов (2N+1+M)разрядного регистра сдвига соединены с входами управления соответственно первого, второго,...,(2N+1)-го ключей, выходы М-ro, (М+1)-ro, (И+2)-го,,(2N+1+M)-го разрядов (2Л+1+М)-разрядного регистра сдвига соединены с

6042

+2)-ro блоков задания весовых коэффициентов соединены с соответствующими входами суммирующего усилителя, выход которого соединен с входом фильт5

50 входами управления соответственно (2N+2)-го (2N+3)-ro,...,(4М+2)- ro ключей, выходы первого, второго,..., (2И+1)-го разрядов (2N+1)-paзрядной линии задержки с отводами соединeíû Ф с сигнальными входами соответственно первого, второго,..., (2N+1)-го ключей, выходы первого, второго,...,(N+1)-ro разрядов (2N+1)-разрядной линии задержки с отводами соединены с сигнальными входами соответственно (2N+2)-ro, t,2N+3)-ro,...,(ЗА+2)-ro ключей, выходы (N+2)-го, (N+3)-го,.. °,(2N+1) — го разрядов (2М+!)-разрядной линии задержки с отводами соединены с входами соответственно первого, второго,..., И-го инверторов, выходы которых соединены с сигнальными входами (ЗИ+3)-го, (ЗИ+4)-ro, (4И+2)-го ключей, тактовый вход (2N+1+M)-разрядного регистра сдвига является входом сигнала частоты следования тактовых импульсов . устроиства формирования сигналов с ограниченным спектром частот, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью уменьшения искажений спектра выходных сигналов, в него введены (2И+2) блоков задания весовых коэффициентов, делитель тактовой частоты, управляемый инвертор и фильтр нижних частот, при этом выход управляемого инвертора соединен с информационным входом (2N+1) разрядной линии задержки с отводами, актовый и информационный входы (2N+

1+М)-разрядного регистра сдвига соеинены соответственно с входом и выхоцом делителя частоты, выходы первого, второго,. ° .,(N+1)-ro ключей соединены с входами соответственно первого, второго,...,(N+1)-ro блоков задания весовых коэффициентов, выходы (ЗИ+2)-го, (3N+3)-го,...,(4Л+2)-го ключей соединены с входами соответственно (N+2)-го, (N+3)-го,...,(2N+2)-го блоков задания весовых коэффициентов, выходы (N+2) -го, (N+3)-го,...,(2И+1)-ro ключей соединены с входами соответственно N-го, (N-1)-го...,, первого блоков задания весовых коэффициентов, выходы (2Х+2)го, (2N+3)-ro,...,(ÇN+1)-го ключей соединены с входами соответственно (2N+2)-го, (2N+1)-го,...,(N+3)-ro блоков эадания весовых коэффициентов, выходы первого, второго,..., (2N+

11

1б46042 ра нижних частот, выход которого яв- ся соответственно сигнальным входом и ляется выходом устройства формирова- управляницим входом устройства форминия сигналов с ограниченным спектром рования сигналов с ограниченным спектчастот сигнальный вход и вход управ- ром частот.

Э

5 ления управляемого инвертора являютв) б)

e) и)

ПЛЛЛйППЛ3

Фиг,3

Фяг.2 164о042

Составитель А. Иьиэакин

Техред Л.Олийнык Корректор Н, Ревская

Редактор Н. Колнда

Заказ 1555 Тираа 456 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по иэобретениям и открытиям при ГКЮ СССР !

13035, Москва, Ж-35, Раушская наб. ° д. 4/5

Проиэводственно-издательский комбинат "Патент", г. Укгород, ул. Гагарина, 101