ITRM940634A1 - "procedimento per recuperare un segnale modulato in frequenza" - Google Patents
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Abstract
Oggetto dell'invenzione sono un apparecchio ed un procedimento per ricuperare un segnale modulato in frequenza avente una prima componente del segnale modulato in frequenza in una posizione spettrale di radio frequenza zero ed una seconda componente del segnale modulato in frequenza in una posizione spettrale in radio frequenza zero in relazione di quadratura rispetto alla prima componente. Il procedimento comprende le seguenti operazioni: deconvertire e sommare la prima e la seconda componente per produrre un segnale di riferimento (100) in un primo miscelatore (15-18) a bilanciamento di immagine, ritardare nel tempo la prima e la seconda componente, convertire e sommare la prima e la seconda componente ritardate e convertite in modo da produrre un segnale di riferimento ritardato (101) in relazione di quadratura rispetto al segnale di riferimento in un ulteriore miscelatore (18-23) a bilanciamento di immagini; limitare il segnale di riferimento e ritardato (102) in un limitatore (25-26); e sottoporre ad azione exlusive 0R (103) il segnale di riferimento limitato ed il segnale ritardato limitato in un circuito porta X0R (24).
Description
"Procedimento per recuperare un segnale modulato in frequenza"
Campo dell'Invenzione
La presente invenzione si riferisce ai segnali in radio frequenza e, in particolare, ad un proce dimento per ricuperare un segnale modulato in frequenza (FM).
Precedenti dell'Invenzione
Sono già noti dei procedimenti per ricuperare segnali modulati in frequenza utilizzando dei ricevi tori a conversione diretta. Tali procedimenti implicano tipicamente la conversione di un segnale ricevu to su una frequenza portante per mezzo di un ricevitore (Figura 1) da un canale selezionato ad una frequenza intermedia (IF), la conversione del segnale a frequenza intermedia in un'onda quadra e la conversione diretta nel segnale audio ricuperato mediante applicazione dell'onda quadra e di una versione ritardata dell'onda quadra ad un rivelatore di quadratura (per esempio un circuito porta exclusive-OR).
Un tale ricevitore (Figura 1) potrebbe essere usato in un sistema per comunicazioni cellulari operante nella banda di trasmissione da 800 a 900 MHz, mediante decodificazione dei segnali con distanziamento dei canali di 25 kHz. All'interno di un tale sistema, un segnale a modulazione di frequenza completamente modulato devierebbe da un punto centrale di una frequenza portante del canale in una misura di più o meno 10 kHz. La velocità con la quale il se^ gnale devia fra più e meno 10 kHz (per un segnale completamente modulato) è rappresentativa del segnale audio originariamente decodificato (e segue quest'ultimo) (per esempio per un segnale audio di ingresso di 2 kHz, il segnale a modulazione di frequeri za oscillerebbe ciclicamente fra più e meno 10 kHz della frequenza portante ad una velocità di 2 kHz).
La conversione in frequenza dei segnale a mo dulazione di frequenza dalla frequenza del canale alla frequenza intermedia viene tipicamente eseguita convertendo prima il segnale a modulazione di frequenza in una frequenza di banda di base (radio frequenza zero) e quindi riconvertendo alla frequenza intermedia. La conversione dalla frequenza del canale allo stato di radio frequenza zero viene effettua ta miscelando il segnale ricevuto con una uscita di un primo oscillatore locale (oscillatore locale No.
1). La conversione del segnale in modulazione di fre quenza ad uno stato di radio frequenza zero, d'altra parte, porta con il segnale a modulazione di frequeni za delle variazioni di ampiezza che sono associate al canale di trasmissione. Le variazioni di ampiezza del segnale a modulazione di frequenza, come è noto a coloro che sono esperti nel ramo, vengono decodif cate per mezzo di un rivelatore nella forma di ulteriore informazione audio. La ulteriore informazione audio rappresenta una interferenza che pregiudica la qualità del segnale rivelato.
Un modo per eliminare le variazioni di ampiez za consiste nel convertire il segnale a modulazione di frequenza convertito (su una frequenza intermedia) in un'onda quadra mediante cimatura. L'onda quadra e la copia ritardata dell'onda quadra vengono quindi applicate in ingresso ad un circuito porta exclusive-OR. L'uscita del circuito porta exclusive-OR è costi tuita da una serie di impulsi, la cui media è rappre sentativa di un segnale audio trasmesso.
Il segnale a modulazione di frequenza ricevuto (sulla frequenza portante) viene convertito in un'onda quadra mediante un primo miscelamento (in un primo miscelatore) del segnale ricevuto con una pri* ma uscita di un primo oscillatore locale (oscillatore locale No. 1) e quindi miscelando, in un secondo miscelatore, il segnale ricevuto con una seconda uscita del primo oscillatore locale in relazione di quadratura con la prima uscita. Le uscite dei due mi_ scelatori (Figura 4) sono componenti in quadratura del segnale a modulazione di frequenza su radio frequenza zero. ;Le componenti in quadratura del segnale a modulazione di frequenza su radio frequenza zero, d'altra parte, non possono essere sommate e cimate o limitate in ampiezza sulle frequenze della banda di base (per applicazione al circuito porta exclusive-OR) perchè le armoniche dell'informazione audio (per esempio l'informazione audio su 2 kHz avrebbe armoni che su 4, 8 o 16 kHz) cadrebbero ancora nella larghezza dibanda del segnale ricevuto. A causa del prò blema delle armoniche, le componenti in quadratura del segnale a modulazione di frequenza su radio frequenza zero vengono miscelate, in un secondo gruppo di miscelatori, con le componenti in quadratura di un secondo oscillatore locale (oscillatore locale No. 2) con la frequenza intermedia (per esempio su 131 kHz) e vengono sommate prima della cimatura. La uscita del cimatore è costituita da un'onda quadra da cui l informazione audio può essere ricuperata mediante applicazione al circuito porta exclusive-OR L'informazione viene ricuperata dall'onda qua dra mediante applicazione dell'onda quadra e di una versione ritardata dell'onda quadra ad un circuito porta exclusive-OR. Il ritardo di tempo viene scelto in modo da disporre l'onda quadra ritardata a 90 gradi dietro l'onda quadra non ritardata sulla frequenza centrale della gamma delle frequenze inter medie. Sulla frequenza centrale della gamma delle frequenze intermedie, gli impulsi di uscita del circuito porta exclusive-OR hanno identica larghezza agli spazi fra gli impulsi. L'uscita media del circuito porta exclusive-OR sulla frequenza centrale della gamma delle frequenze intermedie, di consegueni za, è una metà della tensione dell'impulso di uscita del circuito porta exclusive-OR. Il punto in cui la frequenza intermedia devia verso l'alto con il segna le a modulazione di frequenza (verso 131 kHz più 10 kHz), l'uscita media del circuito porta exclusive-OR aumenta anche verso la tensione dell'impulso di fondo scala. Il punto in cui la frequenza intermedia de via verso il basso (131 kHz meno 10 kHz), l'uscita media del circuito porta exclusive-OR declina verso zero. A causa della relazione dell'uscita del circuì * to porta exclusive-OR al ritardo di tempo, il valore del ritardo di tempo dell'onda quadra ritarda ta deve essere accuratamente scelto (calibrato) per evitare la cimatura o limitazione in altezza del segnale audio di uscita.
Sebbene il ricupero dei segnali a modulazione di frequenza mediante conversione diretta funzioni perfettamente, la affidabilità di un tale sistema di pende dall'uscita media del circuito porta exclusi ve-OR. Allo scopo che l'uscita del rivelatore riproduca fedelmente il segnale audio di ingresso, l'usci_ ta media del circuito porta exclusive-OR deve rimane re centrata. Poiché il rivelatore è un dispositivo inserito-disinserito (on-off), l'uscita media del velatore è determinata dalla relazione fra l'onda quadra e l'onda quadra ritardata. Nel caso in cui la relazione temporale dell'onda quadra ritardata presenti delle variazioni (a causa dell'invecchiameli to, della temperatura, etc), il rivelatore passa fuori centro, comportando la cimatura del segnale di uscita.
Il ritardo dell'onda quadra viene tipicamente realizzato attraverso l'impiego di un filtro passa banda che opera su una frequenza centrale di una cur va di filtrazione (attenuazione). Il funzionamento ΐ nel punto centrale fornisce una variazione di fase sufficiente per fornire il desiderato ritardo sul ri_ velatore. Nel caso in cui il punto di funzionamento del filtro presenti una deviazione dal punto centrale a causa delle variazioni della frequenza intermedia oppure delle variazioni parametriche dei componenti del filtro, l'affidabilità del funzionamento del rivelatore viene negativamente influenzata. A causa dell'importanza della conversione della modula zione di frequenza attraverso le tecniche della rive lazione diretta, sussiste la necessità di un più affidabile procedimento per ritardare il segnale ad on da quadra prima della rivelazione.
Breve descrizione del disegni
La Figura 1 rappresenta uno schema a blocchi di un ricevitore a modulazione di frequenza in conformità con la tecnica precedente,
la Figura 2 rappresenta un diagramma di flusso della rivelazione di un segnale a modulazione di frequenza in conformità con una forma di realizzazio ne dell'invenz1one,
la Figura 3 rappresenta uno schema a blocchi di un ricevitore a modulazione di frequenza in accor do con una forma di reaiizzazione dell'invenzione, la Figura 4 rappresenta un grafico delle com' ponenti in quadratura di un segnale a modulazione di frequenza su radio frequenza zero.
Descrizione dettagliata della preferita forma di realizzazione
La soluzione al problema del ritardo affidab^ le di un segnale a modulazione di frequenza prima della rivelazione consiste, concettualmente, nella eliminazione del ritardo del segnale ad onda quadra nella sezione a frequenza intermedia e nell'applicazione di un più affidabile dispositivo di ritardo del segnale nella sezione di radio frequenea zero prima del convertitore. Lo spostamento del dispositi vo di ritardo alla sezione di radio frequenza zero consente l'impiego di filtri passa basso a stretta banda in qualità di disposiitivi di ritardo.
La Figura 2 rappresenta un diagramma di flusso del ritardo e della rivelazione del segnale a modulazione di frequenza in conformità con l'invenzione. Verrà fatto riferimento alla Figura 2 per la com prensione dell'invenzione.
La Figura 3 rappresenta uno schema a blocchi di un ricevitore a modulazione di frequenza, genericamente indicato con il riferimento numerico 10, in accordo con una forma di realizzazione del1'invenzio ne. Nel ricevitore 10 è incluso un filtro passa banda 11 ed un primo oscillatore locale 13 per converU re un segnale ricevuto in un segnale in banda di base, il tutto in conformità con la tecnica precedente. Il filtro passa banda 11 fornisce un metodo per isolare un segnale desiderato su un canale scelto da al tri segnali su altri canali entro un subspettro desi gnato. Il primo oscillatore locale 13 fornisce un mezzo per la conversione in frequenza del segnale M cevuto dal canale selezionato ad uno stato di radio frequenza zero nelle uscite del miscelatori 12 e 14. Il miscelatore del segnale ricevuto con le uscite in quadratura del primo oscillatore locale 13 nei misce latori 12 e 14 fornisce un mezzo per generare componenti in quadratura (una prima ed una seconda) del segnale a modulazione di frequenza su radio frequenza zero (illustrati come segnali 31 e 32, rispettiva mente, nella Figura 4) .
Nel ricevitore 10, la prima e la seconda componente del segnale a modulazione di frequenza vengo no elaborate lungo un primo ed un secondo percorso dei segnali per produrre un segnale di riferimento ed un segnale di riferimento ritardato. Il segnale di riferimento e la versione ritardata del segnale di riferimento vengono quindi limitati ed applicati al rivelatore.
Nel ricevitore 10 (all’interno del primo percorso dei segnali), il segnale di riferimento, che rassomiglia ad un'onda quadra, viene creato sulla uscita del limitatore 26 mediante mi scel amento , nel miscelatori 15 e 16, della prima e della seconda com ponente del segnale a modulazione di frequenza con le uscite in quadratura del secondo oscillatore loca le 18, sommando 1 segnali miscelati nel seminatore 17 e limitandoli nel limitatore 26. Il miscelamento del la prima e della seconda componente del segnale a ino dulazione di frequenza su radio frequenza zero con le uscite in quadratura (seno (Wg)t e coseno (v^Jt) su una frequenza intermedia (per esempio 131 kHz) nei miscelatori 15 e 16 comporta la riconversione della prima e della seconda componente del segnale a modulazione di frequenza ad uno stato di frequenza intermedia, mentre viene mantenuta la relazione di quadratura del primo e del secondo segnale convertiti. La somma dei segnali in relazione di quadratura nello stato di frequenza intermedia nell 'ambito del sommatore 17 produce una uscita sommata che rassomiglia ad un'onda quadra con una sommità a doppia gobba. La limitazione nei limitatore 26 completa la prò cedura di formazione dell'onda quadra.
All'interno del ricevitore 10 (nel secondo percorso del segnali}, un segnale riconvertito e ritardato, che rassomiglia ad un'onda quadra, viene generato nell'uscita del limitatore 25 mediante ritardo delia prima e della seconda componente del segnale a modulazione di frequenza su radio frequenza zero nei dispositivi di ritardo 19-20 prima della ri conversione nei miscelatori 21-22, somma nel sommato re 23 e limitazione nel limitatore 25. Poiché il ritardo del segnale, in conformità con l'invenzione, si verifica su uno stato di radio frequenza zero, semplici filtri passa basso 19-20 vengono usati per formare i dispositivi di ritardo 19 e 20. Allo scopo di fornire un ritardo sufficiente, i filtri passa basso 19 e 20 debbono essere sufficientemente larghi per consentire il passaggio della prima e della seconda componente del segnale a modulazione di frequenza su radio frequenza zero, pur fornendo ancora una lineare variazione di fase attraverso la larghe^ za di banda dell aprima e della seconda componente. A seguito della variazione di fase del segnale a modulazione di frequenza su radio frequenza zero, la riconversione dei segnali ritardati viene effettuata mediante l'impiego dei segnali di uscita in quadratu ra del secondo oscillatore locale 18. (I segnali di uscita in quadratura usati per la riconversione nel secondo percorso dei segnali vengono scelti in modo da essere sfasati di 180 gradi rispetto ai segnali di uscita in quadratura impiegati nel primo percorso dei segnali).
A seguito della riconversione nel secondo per corso dei segnali, i segnali riconvertiti vengono sommati nel seminatore 23. Il segnale sommato viene quindi limitato o cimato per formare un'onda quadra nel limitatore 25.
Il ricupero dell ' informazione audio nel rivelatore 24 del ricevitore 10 viene eseguito mediante confronto del segnale di riferimento limitato e del segnale ritardato riconvertito limitato nel rivelato re 24 (circuito porta exclus i ve-OR) . La precisa relà zione fra il segnale di riferimento limitato ed il segnale ritardato riconvertito limitato viene assiemi rata dall'impiego delle uscite in quadratura degli oscillatori locali 13 e 18 e per mezzo di affidabili dispositivi di ritardo di tempo 19 e 20. Poiché i dispositivi di ritardo di tempo 19 e 20 operano sulla banda di base (radio frequenza zero) invece che su una frequenza intermedia, un grande ritardo di tempo viene facilmente realizzato con un semplice filtro passa basso a fase lineare. Un grande ritardo di tempo è importante poiché il livello audio ricup^ rato è direttamente proporzionale al ritardo di tempo. I ricevitori a modulazione di frequenza costruiti in conformità con l'invenzione, in pratica, hanno fornito dei livelli audio di uscita da tre a quattro volte i livelli dei ricevitori a modulazio ne di frequenza della tecnica precedente.
La variazione di fase di 90 gradi fra il segnale di riferimento limitato ed il segnale ritardato riconvertito .limitato viene realizzata dalla rela zione in quadratura dei segnali di moltiplicazione del convertitore. La relazione di quadratura del segnale di riferimento limitato e del segnale ritardato riconvertito limitato (e della prima e della seconda componente in banda base del segnale a modulazione di frequenza) viene mantenuta per mezzo di una maglia o anello di retroazione che controlla le usci te in quadratura degli oscillatori locali entro meno di un grado di errore. Miscelatori di commutazione possono essere usati nel riconvertitore per fornire le onde quadre come segnale di moltiplicazione. Le onde quadre in quadratura vengono facilmente generate nell'intervallo di 1 MHz con circuiti bistabili o flip-flop di tipo D che presentano un errore di fase di molto meno di un grado. Poiché la variazione di fase di 90 gradi è determinata da due sorgenti molto precise, l'invenzione non presenta la variazione della tensione di uscita dovuta alle variazioni di fase che sono comuni al rivelatori di quadratura co^i venzional i .
Le molte caratteristiche ed i diversi vantaggi della presente invenzione appaiono evidenti dalla descrizione dettagliata e perciò si intende coprire nelle rivendicazioni allegate tutte queste caratteri stiche e questi vantaggi .del sistema che rientrano nello spirito effettivo e nell'ambito dell'invenzione. Inoltre, poiché numerose modificazioni e varianti potranno essere apportate prontamente da coloro che sono esperti nel ramo (per esempio l'impiego di dispositivi di ritardo realizzati tramite elaboratori di segnali digitali) non si desidera limitare l'invenzione alla esatta costruzione ed al funzionamento illustrati e descritti ed in accordo con ciò tutte le modificazioni e gli equivalenti che si dimostreranno convenienti possono essere apportati rimanendo nell'ambito dell'invenzione.
Naturalmente, deve essere sottinteso che la presente invenzione non è in alcun mezzo limitata a^ la specifica rappresentazione esposta nei disegni, ma anche è caratterizzata da una qualsiasi modificazione nell'ambito delle allegate rivendicazioni.
Claims (6)
- RIVENDICAZIONI 1. Procedimento per ricuperare un segnale a modulazione di frequenza avente una prima componente del segnale a modulazione di frequenza su una posizione spettrale di radio frequenza zero ed una secoli da componente del segnale modulato in frequenza su una posizione spettrale di radio frequenza zero in relazione di quadratura rispetto alla prima componen te, tale procedimento comprendendo le seguenti opera zioni: riconvertire e sommare (100) la prima e la se conda componente per produrre un segnale di riferimento; ritardare nel tempo la prima e la seconda com ponente, riconvertire e sommare (101) la prima e la seconda componente ritardate e riconvertite in modo da produrre un segnale di riferimento ritardato in relazione di quadratura rispetto al segnale di riferimento; limitare (102) il segnale di riferimento ed il segnale di riferimento rotardato; e rivelare (103) il segnale di riferimento limitato ed il segna le di riferimento ritardato e limitato.
- 2. Procedimento secondo la rivendicazione 1, in cui l'operazione di rivelazione (103) del segnale di riferimento limitato e del segnale di riferimento ritardato e limitato è caratterizzata dall'operazione di applicare il segnale di riferimento limitato rimerito limittao ed 11 segnale di riferimento ritardato. 7. Apparecchio secondo la rivendicazione 6, in cui i mezzi di riconversione (15-18) sono carette rizzati da un miscelatore a bilanciamento di immagine utilizzabile per moltiplicare 11 primo segnale per un segnale di riconversione, in modo da formare un primo prodotto, e per moltiplicare il secondo segnale per una versione 1 n .quadratura del segnale di riconversione e quindi sommare il primo ed il secondo prodotto. 8. Apparecchio secondo la rivendicazione 6, in cui i mezzi (18-23) di ritardo di tempo e di riconversione sono caratterizzati da mezzi di ritardo (19-20) per ricevere e ritardare il primo ed il secondo segnale e per emettere in uscita un primo ed un secondo segnale ritardati, un miscelatore a bilami ciamento di immagine (18, 21-22) collegato ai mezzi di ritardo ed atto a ricevere e moltiplicare il primo segnale ritardato per un segnale di riconversione in modo da formare un primo prodotto e ricevere e moltiplicare il secondo segnale ritardato per una versione in quadratura del segnale di riconversione In modo da formare un secondo prodotto, nonché un seminatore (23) collegato al miscelatore a bilanciamento di immagini per ricevere e sommare ,1 primo ed il secondo prodotto in modo da generare i l segnale di riferimento ritardato. ed il segnale di riferimento ritardato e limitato ad un circuito porta exclusive-OR.
- 3. Procedimento secondo la rivendicazione 1, ulteriormente comprendente l'operazione di riconvertire con l'uso di un miscelatore a bilanciamento di Immagine.
- 4. Procedimento secondo la rivendicazione 3, in cui l'operazione di riconversione e di somma (100) della prima e della seconda componente mediante l'impiego del miscelatore a bilanciamento di imina gine è caratterizzata dalle operazioni di moltiplica re la prima componente per un segnale di riconversio ne in modo da formare un primo prodotto e la seconda componente per una versione in quadratura del segnale di riconversione in modo da formare un secondo prodotto e sommando quindi il primo ed il secondo prodotto nel segnale di riferimento.
- 5. Procedimento secondo la rivendicazione 3, in cui l'operazione di riconversione e di somma (101) della prima e della seconda componente ritarda te con l'impiego del miscelatore a bilanciamento di immagine è caratterizzata dalle operazioni di moltiplicazione della prima componente ritardata per un ulteriore segnale di riconversione, cosi da formare un primo prodotto, e moltiplicazione della seconda componente ritardata per una versione in quadratura del l ' ulteriore segnale di riconversione, in modo da formare un secondo prodotto, e somma del primo e del secondo prodotto nel segnale di riferimento ritardato.
- 6. Apparecchio ( 10) per ricuperare un segnale a modulazione di frequenza in un ricevitore a conver sione diretta avente una prima componente del segnale a modulazione_di frequenza su una posizione spettrale di radio frequenza zero ed una seconda componente del segnale a modulazione di frequenza su una posizione spettrale di radio frequenza zero ed in re lazione di quadratura rispetto al la prima componente , tale apparecchio ( 10) comprendendo: mezzi ( 15-18) per riconvertire i l primo ed il secondo segnale in modo da produrre un segnale di riferimento; mezzi ( 18-23) per ritardare nel tempo i l primo ed i l secon do segnale riconvertendo i l primo ed i l secondo segnale ritardati in modo da produrre un segnale di ri ferimento ritardato in relazione di quadratura rispetto al segnale di riferimento quando i l segnale modulato in frequenza non presenta modulazione; mezzi (25-26) per limitare i l segnale di riferimento ed i l segnale di riferimento ritardato; mezzi (24) per sottoporre ad azione exclusive-OR i l segnale di rife
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