Цифровой квадратурный преобразователь

Цифровой квадратурный преобразователь

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ЦИФРОВОЙ КВАДРАТУРНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ , содержащий последовательно соединенные входной перемножитель , фильтр нижних частот, временной дискретизатор и переключатель , управляющий вход которого соединен с управляющим входом временного дискретизатора, входом делителя частоты и выходом генератора тактовых импульсов, опорный генератор гармонического сигнала, выход которого подключен к второму входу перемножителя , а также два кангша .обработки сигнала, подключенных соответственно к первому и второму выходам переключателя , сумматор во втором канале, выход которого является выходом второго канала, отличающийся тем, что, с целью повьшения точности вьщеления квадратур, введены в первый канал последовательно соединенные первый и второй параллельные регистры, а во второй канал первый сдвиговый регистр и последовательно соединенные последовательный регистр и второй сдв гговый регистр , выход которого подключен к сумматору, выполненному цифровым, второй вход которого подключен к выходу первого сдвигового регистра, с S при этом выход генератора, тактовых импульсов подключен к управляющим вхо0} дам сумматора, первого и второго сдвиговых регистров, второго параллельного регистра и к первому управляющему входу первого параллельного регистра, второй управляющий вход которого подключен к выходу делителя частоты и второму управляющему входу последовательного регистра , вход которого подключён к 4; а второму выходу переключателя, первый вход которого соединен с входом пер вого параллельного регистра, а вы00 ход второго параллельного регистра является выходом первого канала.

ае (и) СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

ЗЮ И 03 D 3/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

flO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 329961 7/18-09 (22) 03. 06.8! (46) 23.07.84.Бюл. Н - 27 (72) В.И.Иноземцев, Ю.А.Козко, Н.В.Коротких, С.А.Моргулев, Ю.Л.Пивоваров, А.С.Плетнев, Л.A.Ñàäoâñêèé и С.Н.Смирнов (53) 621.376.4(088.8) (56) 1. Жодзинский М.И.и др. Цифровые системы фазовой синхронизации.

M., "Советское радио", 1980, с.16, рис. 14.

2. Авторское свидетельство СССР по заявке N - 3296258/18-09, 27.10.82, кл. Н 03 D 3/00. (54) (57) ЦИФРОВОЙ КВАДРАТУРНЬЙ ПРЕ.ОБРАЗОВАТЕЛЬ, содержащий последовательно соединенные входной перемножитель, фильтр нижних частот, вре.менной дискретизатор и переключатель, управляющий вход которого соединен с управляющим входом временного дискретизатора, входом делителя частоты и выходом генератора тактовых импульсов, опорный генератор гармонического сигнала, выход которого подключен к второму входу перемножителя, а также два канала, обработки сигнала, подключенных соответственно . к первому и второму выходам переключателя, сумматор во втором канале, выход которого является выходом второго канала, отличающийся тем, что, с целью повышения точности выделения квадратур, введены в первый канал последовательно соединенные первый и второй параллельные регистры, а во второй канал— первый сдвиговый регистр и последовательно соединенные последовательный регистр и второй сдв повый регистр, выход которого подключен к сумматору, выполненному цифровым, .второй вход которого подключен к выходу первîro сдвигового регистра, при этом выход генератора. тактовых импульсов подключен к управляющим вхо дам сумматора, первого и второго сдвиговых регистров, второго параллельного регистра и к первому управляющему входу первого параллельного регистра, второй управляющий вход которого подключен к выходу делителя частоты и второму управляющему входу последовательного регистра, вход которого подключен к второму выходу переключателя, первый вход которого соединен с входом первого параллельного регистра, а выход второго параллельного регистра является выходом первого канала.

1 1104.

Изобретение относится к радиотехник» и может быть использовано в устройствах приема и обработки узкопо лосных радиосигналов.

Известен цифровой квадратурный пре5 образователь, в котором входной сигнал поступает на два канала, каждый из которых выполнен в виде последовательно соединенных умножителя, фильтра нижних частот и аналого-цифро-10 вого преобразователя, причем на вторые входы умножителей поступает сигнал с выхода генератора опорного напряжения в первом канале непосредственно о и через фазовращатель 90 во втором канале(1 J.

Недостатком данного цифрового квадратурного преобразователя является наличие двух умножителей, неидентичность параметров которых приводит к образованию ошибок выделения отсчетов квадратурных составляющих сигнала, Наиболее близким техническим решением к изобретению является цифровой квадратурный преобразователь, содержащий последовательно соединенные входной перемножитель, фильтр нижних частот, временной дискретизатор и переключатель, управляющий вход которого соединен с управляющим вхо- З дом временного дискретизатора, входом делителя частоты и выходом генератора тактовых импульсов, опорный генератор гармонического сигнала, выход которого подключен к второму входу перемножителя, а также два канала обработки сигнала, подключенных соответственно к первому и второму выходам переключателя, сумматор во втором канале, выход которого является выходом второго канала, а также до40 полнительный переключатель, при этом сигнальный и опорный входы перемножителя подключены соответственно к источнику входного сигнала и опорному генератору гармонического сигнала, выход фильтра нижних частот подключен к сигнальному входу временного дискретизатора, входы дополнительного переключателя подключены соответственно к выходам дискретизатора и ге-50 нератора тактовьх импульсов, а выходы — к г горым входам переключателей каждого из каналов обработки сигналов, выходы инверторов которых подключены к вторым входам сумматоров(2 ).

Недостатком известного цифрового квадратурного преобразователя является относительно низкая точность выде643 2 ления квадратурных составляющих, обусловленная внесением в отсчеты квадратурных составляющих методической ошибки н процессе их формирования.

Эта ошибка образуется вследствие наличия временного сдвига выходных отсчетов квадратурных составляющих на величину периода дискретизации поднесущей частоты входного сигнала, образующейся в процессе сортировки и инвертирования отсчетов поднесущей частоты.

Целью изобретения является повышение точности выделения квадратур.

Цель достигается тем, что в цифровой квадратурный преобразователь, содержащий последовательно соединенные входной перемножитель, фильтр нижних частот, временной дискретизатор и переключатель, управляющий вход которого соединен с управляющим входом временного дискретизатора, входом делителя частоты и выходом генератора тактовых импульсов, опорный генератор гармонического сигнала, выход которого подключен к второму входу перемножителя, а также два канала обработки сигнала, подключенных соответственно к первому и второму выходам переключателя, сумматор во втором канале, выход которого является выходом второго канала, введены в первый канал последовательно соединенные первый и второй параллельные регистры, а во второй канал — первый сдвиговый регистр и последовательно соединенные последовательный регистр, и второй сдвиговый регистр, выход которого подключен к сумматору, выполненному цифровым, второй вход которого подключен к выходу первого сдвигового регистра, при этом выход генератора тактовых импульсов подключен к управляющим входам сумматора, первого и второго сдвиговых регистров, второго параллельного регистра, к первому управляющему входу первого параллельного регистра, второй управляющий вход которого подключен к выходу делителя частоты и второму управляющему входу последовательного регистра, вход которого подключен к второму выходу переключателя, первый выход которого соединен с входом первого параллельного регистра, а выход второго параллельного регистра является выходом первого канала.

1104643

1 I 1

r) сов — n

Π-1 0,)(5i tl — 5"5

О 1 О ((Ц= a(t) C05 (()

$(t)=a(t,l 55()5 V (t } а именн (аГ„) = з

На фиг. 1 приведена структурная электрическая схема предлагаемого цифрового квадратурного преобразователя, на фиг.2 — спектр узкополосного сигнала, на фиг.3 — эпюры, поясняющие работу предлагаемого цифрового квадратурного преобразователя.

Цифровой квадратурный преобразователь содержит перемножитель 1, опорный генератор 2 гармоническо- 1О

ro сигнала, фильтр 3 нижних частот, временной дискретизатор 4, переключатель 5, генератор 6 тактовых импульсов, делитель 7 частоты, параллельные регистры 8 и 9, сдвиговые регистры 10 и 11, последовательный регистр.12 и сумматор 13.

Цифровой квадратурный преобразователь работает следующим образом.

Узкополосный сигнал X(t), опи-. сываемый соотношением

К(С)=а(С)сас(25Е t+l5(5)), (51 где о((t) ((t) — соответственно амплитуда и фаза узкополосного сигнала, поступает на первый вход перемножителя 1, на второй вход которого с выхода опорного генератора 2 гармонического сигнала поступает сигнал с частотой 5 . Примерный вид спектра

S(fl узкополосного сигнала X(t) представлен на фиг.2а, где F — ширина спектра входного узкополосного сигнала представлена на фиг.За. В реэульта те перемножения входного сигнала и гармонического сигнала опорного- гене-.35 ратора 2 гармонического сигнала и последующей фильтрации фильтром 3 нижних частот образуется узкополосный сигнал с поднесущей частотой

F = j - f . значение поднесущей час-4о

I о тоты выбирается таким образом, чтобы спектры преобразованного узкополосного сигнала X(t) располагались на оси частот так, как показано на фиг.2б, т.е. составляющие спектра . 4> на положительных и отрицательных частотах не прекрывались бы на нулевой частоте. Сигнал на выходе фильтра нижних частот имеет вид

X(4l = a(t) (:oS (2r7F+ V (t)) (2.)

Эпюра сигнала (1) представлена на фиг.Зб. Ширина спектра сигнала Х(1) (фиг.2б) составляет 2ГГц5 поэтому при его дискретизации для выполнения условия применимости теоремы

Котельникова должна пройэводиться с периодом й(, = 1/4F. (3) 4

Дискретизация осуществляется временным дискретиза1ором 4, управляемым генератором 6 тактовых-импульсов, импульсы с выхода которого следуют с дискретом Л((фиг.Зв). На выходе дискретиэатора 4 образуются импульсы, полярность и значения амплитуд которых соответствуют значениям отсчетов сигнала X(t\ взятым с дискретом Di(фиг.Зг).

Дискретный сигнал К(Д п ) с учетом выражений (2) и (3) имеют вид

Х (4 l „) = а (П с „) 005 (— n+ l5(ПС„)) = а(5 с „) с

"Ñ"05 (с(ас ))с05 — и-а(ас )5 а(С(50 ))5 0 — и, ((}, где и = О, 1,2,... + (:)о

Множители вз — п и э5 55 - )- могут приниЛ

2 2 мать только три значения -1 О,+1, причем

0 1 2 3

Поэтому, как еледует иэ выражения 4 значения отсчетов функции с точностью до знака совпадают со значениями искомых отсчетов квадратурных составляющих комплексной огибающей вход" ного узкополосного сигнала о:

ent(e(- " а (Пс )005(5(ас )) (1)

Pntier Ù

= р(„)(- () ) если и- четное, еп ег а(ас„)5 п(5(асп))(-5)

Щ

ЕпЫЕ и 1

= (4Я(-<), если п-нецетноа.

Таким образом, для выделения отсчетов квадратур р(2пйь) и ((2п+1) д(.) необходимо, во-первых, разделить последовательности импульсов )((,())Тп) на две последовательнос" ти четных и нечетных импульсов и, во-вторых, инвертировать каждый второй импульс соответственно последовательностей четных и нечетных

i 104643 импульсов. Получающиеся при этом отсчеты квадратур р(2Ю;,)и ({Хл+1)4ь)> как ясно из формулы 6, оказываются сдвинутыми друг относительно друга во времени на величину Д, . Поэто- 5 му для приведения отсчетов квадратур к одному моменту времени необходимо произвести интерполяцию какой-либо одной из последовательностей импульсов в середину интер" ® вала ее.дискретизации.

Укаэанные операции в предлагаемом цифровом квадратурном преобразователе осуществляются временным дискретизатором 4, переключателем 5, параллельными регистрами 8 и 9, сдвиговыми регистрами 10 и 11, последовательным регистром 12 и сумматором 13, управление работой которых производится генератором 6 так- 2О товых импульсов и делителем 7 частоты, вырабатывающих необходимые управляющие сигналы.

Последовательность отсчетов сигнала Х{йС, ) (фиг.Зв) с выхода времен- 2 ного дискретизатора 4 поступает на вход переключателя 5, на вторые вхо" ды каждого из которых подаются управ" ляющие импульсы с выхода генератора

6 тактовых импульсов (фиг.3e). Пере- 30 ключатель 5 осуществлет сортировку отсчетов сигнала X(hi„)íà четные и нечетные последовательности отсчетов (фиг.Зг, э). Последовательность четных отсчетов с выхода переключате-3> ля 5 подается на первый вход параллельного регистра 8, на второй и третий входы которого подаются управляющие импульсы соответственно с выходов генератора 6 тактовых импуль- ао сов и делителя 7 частоты (фиг.Зе, ж).

Последовательность нечетных отсчетов со второго выхода переключателя 5 подается на первые входы первого сдвигового регистра 10 и последовательно- 15

ro регистра 12, на вторые входы каждого из которых подаются управляющие импульсы с выходов генератора 6-тактовых импульсов, а на третий вход последовательного регистра 12 — с вы- о хода делителя 7 частоты.

Первый сдвиговый регистр 10, второй сдвиговый регистр 11, последовательный регистр 12 и сумматор 13 обеспечивают изменение знака каждого второго отсчета в последовательности нечетных отсчетов, а также выполнение линейной интерполяции указанной последовательности в середину интервала ее дискретизации. Изменение знака каждого второго отсчета осуществляется в.первом сдвиговом регистре 10 и последовательном регистре 12, обеспечивающих изменение содержания знаковых разрядов указанных регистров, 0 на 1 или 1 на О.

Линейная интерполяция осуществляется следующим образом. Так как последовательный регистр 12 одновременно играет роль цифровой линии задержки на один отсчет (фиг.Зи) то в первый и второй сдвиговые регистры

10 и 11 осуществляется запись двух соседних отсчетов квадратуры g (2 паТ), В каждом из сдвиговых регистров 10 и 11 осуществляется сдвиг записанных в них чисел на один разряд вправо,,что эквивалентно делению их на 2.

Эти последовательности отсчетов квадратуры {2лд,)поступают на входы сумматора 13, на выходе которого формируется последовательность отсчетов, каждый отсчет которой соответствует значению интерполяционной оценки, получаемой линейной интерполяцией, отсчетов квадратуры о-(л) (фиг.Зк) в середину интервала ее дискретизации, т.е. в моменты времени синхронные с моментами времени фиксации отсчетов квадратурь1

p{2 лй Г), Параллельные регистры 8 и 9 служат для задержки отсчетов квадратуры р(ХлЛс) на два дискрета с целью обеспечения формирования на выходе цифрового квадратурного преобразователя отсчетов квадратурных составляющих p(2hhi) и g (2пйТ) соответствующих одним и тем же мо- ментам времени (фиг.Зд,к).

Таким образом, предложенный цифровой квадратурный преобразователь позволяет исключить методическую ошибку, возникающую в процессе формирования квадратурных составляющих и обусловленную относительным временным сдвигом выходных отсчетов квадратурных составляющих на величину периода дискретизации входного узкополосного сигнала.

1104643

1104643

Pfdgj

Составитель Ю.Медведев

Техред Л.Мартяшева Корректор А.Фоври

Редактор Н.Пушненкова

Заказ 5320/42 Тираж 862 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул, Проектная, 4