Устройство анализа сигналов с фазовой манипуляцией

 

Изобретение относится к технике электросвязи и передачи данных, может быть использовано для оценки числа работающих станций в групповом спектре при ведении радиомониторинга асинхронных адресных систем связи, использующих многостанционный доступ с кодовым разделением каналов. Целью изобретения является разработка устройства анализа сигналов с фазовой манипуляцией, которое позволит оценить число работающих станций в групповом спектре при ведении радиомониторинга асинхронных адресных систем связи путем определения максимального числа изменений фазы за время, равное длительности элемента псевдослучайной последовательности. Поставленная цель достигается тем, что в устройство анализа сигналов с фазовой манипуляцией, содержащее генератор прямоугольных импульсов, первый и второй дифференциаторы, первый, второй и третий сумматоры, первый и второй квадраторы, фазовращатель, счетчик и элемент И, введены второй счетчик, компаратор, первый и второй регистры, дешифратор кода и индикатор, первый и второй усилители. Введение новых блоков и связей в предлагаемом устройстве позволяет оценить число работающих станций в групповом спектре при ведении радиомониторинга асинхронных адресных систем связи и повысить вероятность охвата контролем источников информации. Следовательно, имеет место выигрыш в сравнении с известными устройствами аналога и прототипа. 6 ил.

Изобретение относится к технике электросвязи и передачи данных, может быть использовано для оценки числа работающих станций в групповом спектре при ведении радиомониторинга асинхронных адресных систем связи, использующих многостанционный доступ с кодовым разделением каналов.

Известен аналог предлагаемого устройства [1] , содержащий смеситель, усилитель промежуточной частоты, генератор пилообразного напряжения, ключ, линию задержки, накопитель, первый и второй осциллографические индикаторы, умножитель частоты на восемь, узкополосный фильтр, фазовый детектор, первый и второй генераторы опорного напряжения, фазовращатель и первый и второй отклоняющие усилители.

Однако аналог при его работе не обеспечивает решение задач анализа параметров фазоманипулированного сигнала в групповом спектре асинхронных систем связи, использующих многостанционный доступ с кодовым разделением каналов, поскольку обеспечивает анализ только фазоманипулированных колебаний со скачками фазы, кратными 45^o.

Ближайшее устройство анализа сигналов с фазовой манипуляцией (прототип) к предлагаемому [2] содержит генераторы опорного напряжения и прямоугольных импульсов, первый и второй дифференциаторы, первый, второй и третий сумматоры, первый и второй умножители, первый и второй квадраторы, фазовращатель, первый и второй триггеры, первый и второй элементы И, счетчик, а также блок сравнения и памяти и арифметический блок. В нем выход первого дифференциатора подключен к первому входу первого сумматора, выход фазовращателя подключен параллельно к первому входу первого умножителя и входу второго дифференциатора, выход которого подключен к первому входу второго сумматора, генератор опорного напряжения подключен параллельно к вторым входам первого и второго умножителей, выходы которых подключены к вторым входам первого и второго сумматора соответственно, выходы которых подключены к входам первого и второго квадратора, выходы которых подключены к первому и второму входам третьего сумматора, выход которого подключен параллельно к входам первого и второго триггера и счетчика, выходы триггеров подключены к первым входам первого и второго элементов И, к вторым входам которых подключен выход генератора прямоугольных импульсов, выходы элементов И подключены к входам блока сравнения и памяти, выход которого вместе с выходом счетчика подключен к входам арифметического блока, а параллельно соединенные входы первого дифференциатора, вход фазовращателя и первый вход второго умножителя являются входом устройства.

Недостатком данного устройства является невозможность решения задач анализа параметров фазоманипулированного сигнала в групповом спектре асинхронных систем связи, использующих многостанционный доступ с кодовым разделением каналов.

Целью изобретения является разработка устройства анализа параметров фазоманипулированного сигнала в групповом спектре асинхронных систем связи, использующих многостанционный доступ с кодовым разделением каналов.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство анализа передач с фазовой манипуляцией, содержащее генератор прямоугольных импульсов, первый и второй дифференциаторы, первый, второй и третий сумматоры, первый и второй квадраторы, фазовращатель, счетчик и элемент И, в котором выход первого дифференциатора подключен к первому входу первого сумматора, выход фазовращателя подключен к входу второго дифференциатора, выход которого подключен к первому входу второго сумматора, выходы первого и второго сумматоров подключены соответственно к входам первого и второго квадраторов, выходы которых подключены к первому и второму входам третьего сумматора, выход генератора прямоугольных импульсов подключен к второму входу элемента И, а параллельно соединенные вход первого дифференциатора и вход фазовращателя являются входом устройства, введены второй счетчик, компаратор, первый и второй регистры, дешифратор кода и индикатор, первый и второй усилители. Выход фазовращателя подключен к входу первого усилителя, выход которого подключен к второму входу первого сумматора. Выход второго усилителя подключен к второму входу второго сумматора. Выход генератора прямоугольных импульсов подключен параллельно к входу разрешения записи второго счетчика и к тактовому входу первого счетчика. Выход третьего сумматора подключен к первому входу элемента И, выход которого подключен к входу второго счетчика. Выход первого счетчика подключен к тактовому входу второго регистра. Информационные выходы второго счетчика подключены параллельно к информационным входам первого регистра и первым входам компаратора. Выходы первого регистра подключены параллельно к информационным входам второго регистра и вторым входам компаратора, выход которого подключен к тактовому входу первого регистра. Выходы второго регистра подключены к входам дешифратора кода, выходы которого подключены к входам индикатора. Вход второго усилителя соединен с входом устройства.

Предлагаемое устройство позволит оценить число работающих станций в групповом спектре при введении радиомониторинга асинхронных адресных систем связи путем определения максимального числа изменений фазы за время, равное длительности элемента псевдослучайной последовательности (ПСП).

На фиг. 1 приведена схема устройства анализа параметров фазоманипулированного сигнала; на фиг. 2-6 - временные диаграммы, поясняющие принцип работы устройства.

Предлагаемое устройство состоит из первого 1 и второго 14 дифференциаторов (Д), первого 2, второго 15 и третьего 4 сумматоров (СМ), первого 3 и второго 16 квадраторов (КВ), элемента И 5, второго 6 и первого 10 счетчиков СЧ, первого 7 и второго 11 регистров (РГ), первого 9 и второго 8 усилителей (У), компаратора (КОМП) 12, фазовращателя 13 (ФВ), генератора прямоугольных импульсов 17 (Г), дешифратора кода 18 (АК) и индикатора 19.

Выход Д 1 подключен к первому входу СМ 2. Выход ФВ 13 подключен параллельно к входу У 9 и входу Д 14. Выход Д 14 подключен к первому входу СМ 15. Выходы первого и второго У 9 и 8 подключены к вторым входам первого и второго СМ 2 и 15 соответственно. Выходы СМ 2 и 15 подключены к входам КВ 3 и 16 соответственно. Выходы КВ подключены к первому и второму входам третьего СМ 4. Выход СМ 4 подключен к первому входу элемента И 5. Выход генератора прямоугольных импульсов 17 подключен параллельно к тактовому входу СЧ 10 и второму входу элемента И 5. Выход элемента И подключен к тактовому входу второго СЧ 6, выходы которого подключены параллельно к информационным входам первого РГ 7 и первым входам сравнения КОМП 12. Выходы первого РГ 7 подключены параллельно к информационным входам второго РГ 11 и вторым входам сравнения КОМП 12, выход которого подключен к тактовому входу первого РГ 7, выходы второго РГ 11 подключены к входам ДК 18. Выходы ДК 18 подключены к входам индикатора 19. Параллельно соединенные входы Д 1, вход ФВ 13 и вход У 8 являются входом устройства.

Все элементы, входящие в схему устройства анализа, известны. Принцип работы и схема дифференциатора описаны в [3] (с. 157, рис. 2-6), квадратора - в [3] (с. 165, рис. 2-21), сумматора - в [3] (с. 155, рис. 2-3), причем в данном случае используются первый и второй входы сумматора. Принцип работы и схема счетчика описана в [4] (с. 65, рис. 2.53 б), причем в данном случае тактовыми входами первого и второго счетчиков являются входы C1, входом разрешения записи второго счетчика является вход V, на входы D0, D1, D2, D3 первого и второго счетчиков подается напряжение логического "0". На входы R и C2 первого и второго счетчиков и вход R второго счетчика подается напряжение логической "1". Выходом первого счетчика является выход P, информационными выходами второго счетчика являются выходы Q0, Q1, Q2, Q3, остальные выходы не используются. Принцип работы и схема регистра описаны в [4] (с. 58, рис. 2.44 б), причем в данном случае тактовыми входами первого и второго регистров являются входы C, информационными входами регистров являются входы D1, D2, D3, D4, выходами регистров являются выходы Q1, Q2, Q3, Q4, на вход ER первого и второго регистров подается напряжение логического "0". Остальные выходы регистров не используются. Принцип работы и схема компаратора описаны в [4] (с. 83, рис. 2.71 б), причем в данном случае первыми входами компаратора являются входы A0, A1, A2, A3, вторыми входами являются входы B0, B1, B2, B3, выходом компаратора является выход A > B. Остальные входы и выходы компаратора не используются. Принцип работы и схема дешифратора кода описаны в [4] (с. 47, рис. 2.30 б), причем в данном случае входами являются входы D1, D2, D4, D8, выходами ДК являются выходы A, B, C, D, E, F, G, на входы CH, EO подается напряжение логической "1". Остальные входы и выходы дешифратора кода не используются. Схема индикатора приведена в [5] (с. 535, рис. 12.20 ЗИЗ, нижнее изображение), причем в данном случае входами И являются катоды A, B, C, D, E, F, G, на общий анод через ограничительный резистор подается напряжение логической "1", а катод H не используется. Принцип работы и схема ФВ описаны в [6] (с. 148, рис. 84 г), причем в данном случае выходом фазовращателя является выход "90 градусов". Принцип работы и схема генератора прямоугольных импульсов описаны в [7] (с.51, рис. 1.30 б), причем значения сопротивлений резисторов, емкостей конденсаторов и резонансной частоты кварцевого резонатора выбираются исходя из значения f частоты входного сигнала. Принцип работы и схема усилителя описаны в [3] (с. 156, рис. 2-4), причем коэффициент усиления первого У выбирается равным 2πf, , а второго У - (-2πf), , где f - частота входного сигнала. Отрицательный коэффициент усиления достигается за счет инвертирующего каскада на транзисторе, включенном по схеме с общим эмиттером, либо за счет инвертирующего трансформатора, либо путем смены полярности подключения входа либо выхода усилителя. Принцип работы и схема элемента И описаны в [4] (с. 30, рис. 2.4), причем наличие или отсутствие инверсного выхода не принципиально.

Предлагаемое устройство работает следующим образом. Принимаемый сигнал (фиг. 4а, [8] с. 10), модулирующие функции составляющих которого показаны на фиг. 2а, б, в, а составляющие - на фиг. 3а, б, в, где A_i - амплитуда i-й составляющей ГС; f - частота составляющих входного сигнала; ϕ_i(t) - закон фазовой модуляции i-й составляющей ГС; ϕ_0i - начальная фаза i-й составляющей ГС, поступает на вход первого Д 1 и через фазовращатель на 90^o 13 на вход второго Д 14 (фиг. 4б) которые обеспечивают двухканальную раздельную дифференциальную обработку квадратурных составляющих сигнала. Сигналы (U_c(t))' и U_cf(t))' с выхода первого и второго Д 1 и 14 (фиг. 4в, г) содержат в явном виде производную модулирующей функции, умноженную на входной сигнал соответствующего канала, а также произведение входных сигналов на значение несущей частоты

Сигналы U_cl(t) и U_cfl(t) с выходов первого и второго усилителей 9 и 8 соответственно

суммируется в сумматорах 2 и 15 с сигналами (U_c(t))' и (U_cf(t))' соответственно для устранения аддитивной гармонической составляющей (фиг. 5а, б)

Для устранения мультипликативной гармонической составляющей сигналы (фиг. 5а, б) поступают соответственно в первый и второй квадраторы 3 и 16 (фиг. 5в, г):

Вторые слагаемые формул (9) и (10) равны 0, так как произведения при i≠j равны 0, что следует из условия асинхронности системы связи. Это объясняется тем, что производная модулирующей функции представляет собой дельта - функцию от моментов перескока фазы фазоманипулированного сигнала. Сигналы с выходов квадраторов (фиг. 5в, г) складываются в третьем сумматоре 4 (фиг. 6а):

Коэффициент передачи по напряжению и току третьего СМ 4 выбирается таким, чтобы уровень его выходного сигнала соответствовал требованиям к входным сигналам элемента И 5 (для микросхем на основе ТТЛШ: сила тока не ниже 4 мА, напряжение логической "1" не ниже 2,5 В, логического "0" не выше 0,4 В).

Сигнал U_вых(t) с выхода третьего сумматора 4 представляет собой последовательность коротких импульсов, появляющихся в моменты скачков фазы в любом канале асинхронной адресной системы связи. Генератор прямоугольных импульсов 17 формирует импульсы с частотой в два раза ниже скорости передачи псевдослучайной последовательности в системе (фиг. 6б, пунктирная линия). Скорость передачи ПСП, как правило, известна априорно. В противном случае ее можно оценить с достаточной для решения поставленной задачи точностью, исходя из ширины спектра анализируемого сигнала ([8], с. 5, 9-11). Положительными импульсами с выхода Г 17 открывается элемент И 5. Импульсы с выхода сумматора 4 через открытый элемент И (фиг. 6б, сплошная линия) поступают на вход первого счетчика 10. Сразу после включения питания в первый и второй РГ 7 и 11 записывается число "0" (например, путем задержки подачи напряжения питания на эти регистры либо путем установки дополнительного переключателя СБРОС, механически соединяющего тактовые входы РГ 7 и 11 последовательно с напряжением логического "0" и логической "1"). Количество сосчитанных импульсов компаратором 12 постоянно сравнивается с числом, хранящимся в первом регистре 7. Если число на первом входе КОМП 12 превысит число на его втором входе, то на выходе компаратора появляется напряжение логической "1". По переднему фронту образовавшегося импульса число с выхода СЧ 6 записывается в РГ 7. Таким образом, в первом регистре 7 запоминается наибольшее значение числа перескоков фазы за время длительности посылки псевдослучайной последовательности, которое является оценочным числом работающих станций. Первый счетчик 10 отмеряет временной интервал измерения, величина которого определяется, исходя из базы используемых шумоподобных сигналов [8]. По сигналу, поступающему с выхода P первого счетчика 10, оценочное число каналов в двоичном коде переписывается из первого РГ 7 во второй РГ 11. Дешифратор кода 18 преобразует число каналов в код, доступный для восприятия оператором с индикатора 19.

Введение новых связей в предлагаемом устройстве позволяет оценить число работающих станций в групповом спектре при ведении радиомониторинга асинхронных адресных систем связи и повысить вероятность охвата контролем источников информации. Следовательно, имеет место выигрыш в сравнении с известными устройствами аналога и прототипа.

Литература
1. А.с. СССР N 1330581, 1986.

2. А.с. СССР N 779901, кл. H 04 L 7/00, 1978.

3. Справочник по радиоэлектронным системам. / Под ред. Кривицкого Б.Х. М.: Энергия, 1979.

4. Цифровые интегральные микросхемы. М.: Радио и связь 1994.

5. Справочная книга радиолюбителя-конструктора./ Под ред. Чистякова Н.И. М.: Радио и связь, 1990.

6. Поляков В. Т. Радиолюбителям о технике прямого преобразователя. М.: Патриот, 1990.

7. Шило В.Л. Популярные цифровые микросхемы. М.: Радио и связь, 1988.

8. Варакин Л. У. Системы связи с шумоподобными сигналами. М.: Радио и связь, 1985.

Формула изобретения

Устройство анализа передач с фазовой манипуляцией, содержащее генератор прямоугольных импульсов, первый и второй дифференциаторы, первый, второй и третий сумматоры, первый и второй квадраторы, фазовращатель, счетчик и элемент И, в котором выход первого дифференциатора подключен к первому входу первого сумматора, выход фазовращателя подключен к входу второго дифференциатора, выход которого подключен к первому входу второго сумматора, выходы первого и второго сумматоров подключены соответственно к входам первого и второго квадраторов, выходы которых подключены к первому и второму входам третьего сумматора, выход генератора прямоугольных импульсов подключен к второму входу элемента И, а параллельно соединенные вход первого дифференциатора и вход фазовращателя являются входом устройства, отличающееся тем, что дополнительно введены второй счетчик, компаратор, первый и второй регистры, первый и второй усилители, дешифратор кода и индикатор, выход фазовращателя подключен к входу первого усилителя, выход которого подключен к второму входу первого сумматора, выход второго усилителя подключен к второму входу второго сумматора, выход генератора прямоугольных импульсов подключен параллельно к входу разрешения записи второго счетчика и к тактовому входу первого счетчика, выход третьего сумматора подключен к первому входу элемента И, выход которого подключен к тактовому входу второго счетчика, выход переноса первого счетчика подключен к тактовому входу второго регистра, информационные выходы второго счетчика подключены параллельно к информационным входам первого регистра и первым входам компаратора, выходы первого регистра подключены параллельно к информационным входам второго регистра и вторым входам компаратора, выход которого подключен к тактовому входу первого регистра, выходы второго регистра подключены к входам дешифратора кода, выходы которого подключены к входам индикатора, а вход второго усилителя соединен с входом устройства.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6