Устройство на поверхностных акустических волнах с регулируемой комплексной функцией передачи для систем адаптивной фильтрации

 

Изобретение относится к области радиотехники и может быть применено там, где используется адаптивная фильтрация сигналов (спутниковая и радиорелейная радиосвязь) и где требуются адаптивные корректирующие устройства в линиях электросвязи высокоскоростных систем передачи данных для преодоления искажений передачи информации. Техническим результатом является возможность адаптивной обработки высокоскоростных и широкополосных сигналов при высокой технологичности изготовления адаптивного фильтра. Адаптивный фильтр с использованием устройства на поверхностных акустических волнах с регулируемой комплексной функцией передачи содержит входной разветвитель и выходной сумматор, две группы (входные и выходные) встречно-штыревых преобразователей, расположенных на общем звукопроводе, 2N регулируемых усилителей, подключенных к выходам квадратурных подканалов выходных встречно-штыревых преобразователей. Согласно изобретению встречно-штыревые преобразователи образуют N узкополосных парциональных фильтров, которые создают в частотной области гребенку смежных по частоте фильтров с одинаковой шириной полосы пропускания, равной δf = ΔF/(N-1), где ΔF - полоса обрабатываемого сигнала, причем каждый парциальный фильтр имеет регулируемые по амплитуде узкополосные квадратурные подканалы. 2 ил.

Изобретение относится к области радиотехники и может быть применено там, где используется адаптивная фильтрация сигналов (спутниковая и радиорелейная радиосвязь) и где требуются адаптивные корректирующие устройства в линиях электросвязи высокоскоростных (10-300 Мбит/с) систем передачи данных для преодоления искажений передачи информации, присущих реальным каналам систем связи.

Известны адаптивные фильтры, выполненные на полупроводниковых больших интегральных схемах (БИС) и сверхбольших интегральных схемах (СБИС), обладающие прекрасными характеристиками. Однако в настоящее время они из-за относительно низкого быстродействия не могут обрабатывать высокоскоростные (более 10-40 Мбит/с) сигналы, причем порядок фильтра также очень мал (единицы отводов) [1].

Также невысоким быстродействием обладают адаптивные фильтры с применением технологии приборов с зарядовой связью (ПЗС) и приборов типа пожарной цепочки (ППЦ).

В настоящее время только устройства на поверхностных акустических волнах (ПАВ) позволяют решить указанную проблему, поскольку на данном уровне развития технологии могут обрабатывать сигналы с указанными скоростями и на частотах до единиц гигагерц. Устройства на основе быстрого преобразования Фурье (БПФ) с применением ПАВ весьма громоздки и сложны в изготовлении, хотя позволяют обрабатывать сигналы до 60 Мбит/с [2].

Наиболее близким к предлагаемому решением, принятым за прототип, является адаптивный фильтр с высокочастотной полосой пропускания, использующий устройство на основе поверхностных акустических волн (ПАВ) - полосовые многоотводные линии задержки (МПЗ). На основе такой МПЗ, формирователей квадратур и регулируемых усилителей строится трансверсальный фильтр с регулируемой функцией передачи, который затем используется в адаптивных фильтрах (АФ) [2].

Основным недостатком принятого за прототип устройства является необходимость строго выдерживать жесткие параметры по неравномерности амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) и группового времени запаздывания (ГВЗ) для МПЗ во всей полосе обрабатываемых частот и для каждого отвода. Число отводов в прототипе составило 200. Для высокоскоростных сигналов (10-250 Мбит/с и более) это приводит к весьма жестким требованиям к технологии изготовления такой МПЗ, так как необходимо выдерживать эти требования во всей широкой полосе частот и для каждого отвода соответственно, причем суммарная неравномерность ГВЗ для всех отводов не должна превышать 10-20% от длительности бита передаваемой информации. Неравномерность АЧХ отвода не должна превышать 0.3-0.5 дБ [3] . Поэтому известны практические реализации таких адаптивных фильтров на скорости не более нескольких Мбит/с [2], поскольку выдержать такие высокие требования в настоящее время для ПАВ-устройств можно лишь в относительно узкой полосе частот (т.е. для низкоскоростных сигналов при достаточно высокой центральной частоте сигнала).

Другим недостатком прототипа является наличие большого числа широкополосных (по количеству отводов) самостоятельных элементов, формирующих квадратурные подканалы для каждого отвода. Каждый такой элемент, выполненный для широких полос пропускания, весьма сложен, громоздок и трудоемок в проектировании, изготовлении и настройке, нестабилен во времени и т.п.

Целью изобретения является возможность адаптивной обработки высокоскоростных (и широкополосных) сигналов при высокой технологичности изготовления адаптивного фильтра.

Для реализации этой цели предлагается адаптивный фильтр с использованием устройства на поверхностных акустических волнах с регулируемой комплексной функцией передачи, содержащий входной разветвитель и выходной сумматор, две группы (входные и выходные) встречно-штыревых преобразователей, расположенных на общем звукопроводе, 2N регулируемых усилителей, подключенных к выходам квадратурных подканалов выходных встречно-штыревых преобразователей. Согласно изобретению встречно-штыревые преобразователи образуют N узкополосных парциальных фильтров, которые создают в частотной области гребенку смежных по частоте фильтров с одинаковой шириной полосы пропускания, равной δf = ΔF/(N-1), где ΔF-полоса обрабатываемого сигнала, причем каждый парциальный фильтр имеет регулируемые по амплитуде узкополосные квадратурные подканалы.

Наличие отличительных признаков обуславливает соответствие заявляемого технического решения критерию "новизна".

Сочетание отличительных признаков и свойства предлагаемого устройства на поверхностных акустических волнах с регулируемой комплексной функцией передачи из литературы неизвестны, поэтому оно соответствует критерию "изобретательский уровень".

На фиг.1 приведена функциональная схема предлагаемого устройства на поверхностных акустических волнах с регулируемой комплексной функцией передачи.

На фиг.2 приведена функциональная схема прототипа предлагаемого устройства.

Устройство на поверхностных акустических волнах с регулируемой комплексной функцией передачи (фиг.1) содержит входной N-канальный разветвитель 1, N узкополосных парциальных фильтров на ПАВ 21...2N, которые для обеспечения высокой повторяемости парциальных фильтров и улучшения стыковки характеристик в частотной области выполнены на общем звукопроводе 3 и в одном технологическом цикле (или, если не позволяет технология, на отдельных звукопроводах, в отличие от прототипа), с одинаковыми полосами пропускания δf = ΔF/(N-1), где ΔF-полоса обрабатываемого сигнала. Центральные частоты соседних парциальных фильтров отличаются на величину полосы пропускания δf. Таким образом, образуется гребенка фильтров в полосе сигнала ΔF. Каждый парциальный фильтр спроектирован так, что имеет два узкополосных квадратурных подканала, к каждому из которых подключен регулируемый усилитель 4. Выходы 2N регулируемых усилителей 4 подключены к выходному сумматору 5, выход которого является выходом устройства.

Устройство работает следующим образом. Входной сигнал разветвляется входным разветвителем 1 на N каналов и поступает на узкополосные парциальные фильтры 21...2N. На выходах N фильтров формируется N синфазных и N квадратурных подканалов. Поскольку к каждому такому подканалу подключен регулируемый усилитель 4, то формируется 2N регулируемых подканалов.

Управляя по программе коэффициентом усиления регулируемых усилителей 4 в синфазных и квадратурных подканалах, можно формировать произвольные амплитудно-частотную и фазочастотную характеристики общей функции передачи устройства во всей входной полосе частот в пределах диапазона регулировки коэффициента усиления усилителей 4. Сигналы с выходов регулируемых усилителей суммируются в выходном сумматоре 5 и далее поступают на выход устройства.

Предлагаемое устройство обеспечивает следующий технико-экономический эффект по сравнению с прототипом: широкополосная МЛЗ с весьма жесткими требованиями к АЧХ и ГВЗ, вызванными необходимостью обработки широкополосных или высокоскоростных сигналов, заменяется гребенкой узкополосных фильтров, выполнить которые значительно легче технологически; отпадает необходимость во входном и выходном фильтрах, поскольку предлагаемое устройство имеет в частотной области однозначную характеристику, в отличие от прототипа, имеющего благодаря дискретным отводам, неоднозначную характеристику.

В Ростовском-на-Дону НИИ Радиосвязи разработано техническое предложение.

Источники информации 1.Уидроу Б., Стирнз С. Адаптивная обработка сигналов: Пер. с англ. - М.: Радио и связь, 1989. - 440 с.

2. Адаптивные фильтры: Пер. с англ./ Под ред. К.Ф.Н. Коуэна и П.М. Гранта. - М.: Мир, 1988. - 392 с.

3. Спилкер Дж. Цифровая спутниковая связь. Пер. с англ./ Под ред. В.В. Маркова. - М.: Связь, 1979. - 592 с.

4. Д. Морган. Устройства обработки сигналов на поверхностных акустических волнах. - М.: Радио и связь, 1990. - 416 с.

Формула изобретения

Устройство на поверхностных акустических волнах (ПАВ) с регулируемой комплексной функцией передачи, содержащее входной N-канальный разветвитель, N фильтров на ПАВ с одинаковыми полосами пропускания, на которые поступает входной сигнал с разветвителя, и выходной сумматор, отличающееся тем, что каждый фильтр выполнен с двумя узкополосными квадратурными выходными подканалами, к каждому из которых подключен регулируемый усилитель, выход которого подключен к соответствующему входу сумматора, выход которого является выходом устройства.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2