Патент на изобретение №2205517
|
||||||||||||||||||||||||||
(54) ДЕМОДУЛЯТОР СИГНАЛОВ С ЧАСТОТНОЙ МОДУЛЯЦИЕЙ
(57) Реферат: Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в аппаратуре систем передачи информации с частотной модуляцией (ЧМ), в частности в системах связи с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты (ППРЧ). Технический результат – уменьшение времени настройки на рабочую частоту достигается выполнением следующих операций над сигналом: формируют периодический сигнал, пропорциональный синусу входной частоты; формируют периодический сигнал, пропорциональный косинусу входной частоты; сигнал, пропорциональный синусу входной частоты умножают на коэффициент K1, который устанавливается на первом управляющем входе демодулятора и вычисляется по формуле K1 = cos(2  fnT), где fn – требуемая частота настройки демодулятора, Т – время задержки сигнала в линии задержки; сигнал, пропорциональный косинусу входной частоты, умножают на коэффициент К2, который устанавливается на первом управляющем входе демодулятора и вычисляется по формуле K2 = sin(2fnT); при вычитании полученных сигналов формируется дискриминационная характеристика с центром на частоте fn. Перестройка частоты настройки демодулятора осуществляется изменением коэффициентов K1 и К2. Поскольку перемножители и сумматор являются безынерционными элементами, то изменение частоты настройки демодулятора происходит практически мгновенно после изменения коэффициентов K1 и К2. 1 ил.
Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в аппаратуре систем передачи информации с частотной модуляцией (ЧМ), в частности в системах связи с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты (ППРЧ). Известен демодулятор ЧМ сигналов, содержащий первый и второй перемножители, соединенные первые входы которых являются входом устройства, выходы которых подключены к входам, соответственно, первого и второго фильтров нижних частот (ФНЧ), вторые входы первого и второго перемножителей являются, соответственно, первым и вторым входами опорного сигнала, выход первого ФНЧ подключен к первому входу четвертого перемножителя и, через дифференциатор, ко второму входу третьего перемножителя, выход второго ФНЧ подключен к первому входу третьего перемножителя и, через дифференциатор, ко второму входу четвертого перемножителя, выходы третьего и четвертого перемножителей подключены, соответственно, к первому и второму входам вычитателя, выход которого является выходом устройства (см. Gardner F. M. Properties of Frequency Difference Detectors. IEEE Transactions on Communications. 1985. – Vol. 33, 2, p. 131-135) [1]. Недостатком известного устройства является большое время настройки демодулятора на рабочую частоту. В системах связи, с быстрым изменением частоты сигнала, например в системах с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты (ППРЧ), требуется быстрое изменение частоты настройки демодулятора. Перестройка частоты в известном устройстве осуществляется изменением частоты опорного сигнала, подаваемого на вторые входы перемножителей. Таким образом, время перестройки частоты складывается из времени установления частоты в синтезаторе опорного сигнала и задержки сигнала в первом и втором ФНЧ, которая обратно пропорциональна полосе фильтров. В системах с быстрой перестройкой частоты это время может быть недопустимо велико, что приводит к снижению помехоустойчивости системы связи. Известен также демодулятор ЧМ сигналов, содержащий первую и вторую линии задержки, входы которых подключены к первым входам, соответственно, первого и второго перемножителей, а выходы подключены ко вторым входам, соответственно, второго и первого перемножителей, выходы которых подключены ко входам вычитателя, выход которого является выходом устройства (см. Alberty Т., Hespelt V. A New Pattern Jitter Free Frequency Error Detector. IEEE Transactions on Communications. 1989.- Vol. 37, 2, p. 159-163) [2]. Данное устройство имеет те же недостатки, что и описанное выше устройство. Из известных технических решений наиболее близким по технической сущности к патентуемому устройству (прототипом), является демодулятор сигналов с частотной модуляцией, содержащий первую и вторую линии задержки, входы которых подключены к первым входам, соответственно, первого и второго перемножителей, а также ко вторым входам, соответственно, четвертого и третьего перемножителей, выходы которых подключены, соответственно, ко второму и первому входам первого вычитателя, выходы первой и второй линий задержки подключены к первым входам, соответственно, третьего и четвертого перемножителей, и ко вторым входам, соответственно, первого и второго перемножителей, выходы которых подключены ко входам сумматора (см. Natali F. D. AFC Tracking Algorithms. IEEE Transactions on Communications. 1984. – Vol. Com-32, 8, p. 935-947) [3]. Недостатком прототипа является большое время настройки демодулятора на рабочую частоту. В системах связи с быстрым изменением частоты сигнала, например в системах с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты (ППРЧ), требуется быстрое изменение частоты настройки демодулятора. Перестройка частоты в известном устройстве осуществляется изменением частоты опорного сигнала, подаваемого на вторые входы перемножителей. Таким образом, время перестройки частоты складывается из времени установления частоты в синтезаторе опорного сигнала и задержки сигнала в ФНЧ (интеграторах со сбросом), которая обратно пропорциональна полосе фильтров. В системах с быстрой перестройкой частоты это время может быть недопустимо велико, что приводит к снижению помехоустойчивости системы связи. Технический результат – уменьшение времени настройки на рабочую частоту достигается выполнением следующих операций над сигналом: – формируют периодический сигнал, пропорциональный синусу входной частоты; – формируют периодический сигнал, пропорциональный косинусу входной частоты; – сигнал, пропорциональный синусу входной частоты умножают на коэффициент K1, который устанавливается на первом управляющем входе демодулятора и вычисляется по формуле K1=cos(2 fnT), где fn – требуемая частота настройки демодулятора, Т – время задержки сигнала в линии задержки;– сигнал, пропорциональный косинусу входной частоты, умножают на коэффициент К2, который устанавливается на первом управляющем входе демодулятора и вычисляется по формуле К2=sin(2 fnT);– при вычитании полученных сигналов формируется дискриминационная характеристика с центром на частоте fn. Перестройка частоты настройки демодулятора осуществляется изменением коэффициентов K1 и К2. Поскольку перемножители и сумматор являются безынерционными элементами, то изменение частоты настройки демодулятора происходит практически мгновенно после изменения коэффициентов K1 и К2. Это достигается тем, что демодулятор содержит первую и вторую линии задержки, входы которых подключены к первым входам, соответственно, первого и второго перемножителей, а также ко вторым входам, соответственно, четвертого и третьего перемножителей, выходы которых подключены, соответственно, ко второму и первому входам первого вычитателя, выходы первой и второй линий задержки подключены к первым входам, соответственно, третьего и четвертого перемножителей, и ко вторым входам, соответственно, первого и второго перемножителей, выходы которых подключены ко входам сумматора. Согласно изобретению, в него введены пятый и шестой перемножители, первые входы которых подключены к выходам, соответственно, первого вычитателя и сумматора, вторые входы являются, соответственно, первым и вторым управляющими входами демодулятора, а выходы подключены, соответственно, к первому и второму входам вычитателя, выход которого является выходом демодулятора, вход первой линии задержки через фазовращатель на 90o подключен ко входу второй линии задержки и является входом демодулятора. На фиг.1 приведена функциональная схема демодулятора сигналов с частотной модуляцией. Демодулятор сигналов с частотной модуляцией содержит первую и вторую линии задержки 1 и 2, первый – шестой перемножители 3-6, 10, 11, первый и второй вычитатели 7 и 12, сумматор 8 и фазовращатель 9 на 90o. Демодулятор работает следующим образом. На вход демодулятора поступает ЧМ сигнал вида: S1(t) = A  cos( 0t+ mt),где А=const – амплитуда сигнала; 0 – несущая (центральная) частота сигнала;m = m(t) – частота модуляции, несущая информацию о передаваемом сообщении.
На выходе фазовращателя 9 на 90o формируется сигнал:S2(t) = A sin(0t+mt).Сигналы S1D(t) и S2D(t) на выходах линий задержки 1 и 2 имеют вид, соответственно: S1D(t) = A cos[0(t-T)+m(t-T)],S2D(t) = A sin[0(t-T)+m(t-T)],где Т – время задержки сигнала. На выходах перемножителей 3-6 формируются следующие сигналы:     Сигналы S7(t) и S8(t) на выходах вычитателя 7 и сумматора 8, соответственно, получаем, выполняя простые тригонометрические преобразования, в виде: S7(t) = S5(t)-S6(t) = A2 sin(0T+mT),S8(t) = S3(t)-S4(t) = A2 cos(0T+mT).Полученные сигналы S7(t) и S8(t) подаются на перемножители 10 и 11, соответственно, где умножаются на коэффициенты K1 и К2. Эти коэффициенты поступают на первый и второй управляющие входы демодулятора и вычисляются по формулам K1=cos(2 fnT),К2=sin(2 fnT),где fn – требуемая центральная частота настройки демодулятора. В результате, на выходах перемножителей 10 и 11 получаем сигналы S10(t) S11(t), соответственно: S10(t) = S7(t)  k1 = A2sin(0T+mT)cos(2fnT),S11(t) = S8(t) k2 = A2cos(0T+mT)sin(2fnT).Сигналы S10(t) и S11(t) поступают на вычитатель 12, на выходе которого формируется выходной сигнал демодулятора вида: S12(t) = S10(t)-S11(t) = A2 sin(0-2fn+m)T.При точной настройки на сигнал должно выполняться условие fn = 0/2, при этом последнее выражение преобразуется к виду:S12(t) = A2 sin(mT).Отсюда видно, что при m 1/T сигнал на выходе демодулятора пропорционален модулирующему параметру m. Величина задержки сигнала Т определяет ширину линейного участка характеристики демодулятора.
Как видно из приведенных выражений, частота настройки демодулятора определяется только значениями коэффициентов K1 и K2, следовательно, частота настройки изменяется практически мгновенно, поскольку перемножители и вычитатель являются безынерционными элементами.
При аналоговой реализации демодулятора коэффициенты K1 и K2 могут быть получены с помощью скоростных ЦАП или быстродействующих аналоговых ключей. В случае цифровой реализации требуемый для работы набор коэффициентов может храниться в виде таблицы в ПЗУ или ОЗУ.
Источники информации1. Gardner F. M. Properties of Frequency Difference Detectors. IEEE Transactions on Communications. 1985.- Vol. 33, 2, p. 131-135. 2. Alberty Т., Hespelt V. A New Pattern Jitter Free Frequency Error Detector. IEEE Transactions on Communications. 1989. – Vol. 37, 2, p. 159-163. 3. Natali F. D. AFC Tracking Algorithms. IEEE Transactions on Communications. 1984. – Vol. Com-32, 8, p. 935-947. – прототип. Формула изобретения
РИСУНКИ
|
||||||||||||||||||||||||||
