RU2336650C2 - Instability compensation device for carrier frequency of phase-shift signals - Google Patents

Instability compensation device for carrier frequency of phase-shift signals Download PDF

Info

Publication number
RU2336650C2
RU2336650C2 RU2006114282/09A RU2006114282A RU2336650C2 RU 2336650 C2 RU2336650 C2 RU 2336650C2 RU 2006114282/09 A RU2006114282/09 A RU 2006114282/09A RU 2006114282 A RU2006114282 A RU 2006114282A RU 2336650 C2 RU2336650 C2 RU 2336650C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
phase
input
output
signal
multiplier
Prior art date
Application number
RU2006114282/09A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2006114282A (en
Inventor
Юрий Вениаминович Брехов (RU)
Юрий Вениаминович Брехов
Александр Владимирович Домщиков (RU)
Александр Владимирович Домщиков
Владимир Николаевич Смирнов (RU)
Владимир Николаевич Смирнов
Original Assignee
Открытое Акционерное Общество "Конструкторское Бюро "Луч"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Открытое Акционерное Общество "Конструкторское Бюро "Луч" filed Critical Открытое Акционерное Общество "Конструкторское Бюро "Луч"
Priority to RU2006114282/09A priority Critical patent/RU2336650C2/en
Publication of RU2006114282A publication Critical patent/RU2006114282A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2336650C2 publication Critical patent/RU2336650C2/en

Links

Images

Landscapes

  • Stabilization Of Oscillater, Synchronisation, Frequency Synthesizers (AREA)
  • Digital Transmission Methods That Use Modulated Carrier Waves (AREA)

Abstract

FIELD: physics, radio.
SUBSTANCE: invention concerns radio technology and is intended for application in coherent signal demodulation with multistable phase shift. Device includes two multiplicators, first inputs of which are combined and form the device input; phase rotator; frequency generator; reference generator; two analog-to digital converters; two integrators with reset; double arctangent calculator; two multipliers-dividers; loop filter; phase synthesiser; two subtraction units, where the second unit output is the device output.
EFFECT: reduced energy loss in coherent signal demodulation, achieved by compensation for signal vector phase rotation caused by carrier instability, in digital form by linear elements, without the use of slave generator.
3 dwg

Description

Изобретение относится к радиотехнике и предназначено для использования при когерентной демодуляции сигналов с многопозиционной фазовой манипуляцией (ФМ).The invention relates to radio engineering and is intended for use in coherent demodulation of signals with multi-position phase shift keying (FM).

Известно устройство восстановления несущей для систем связи с ФМ-4 [1], состоящее из двух балансных смесителей, у которых сигнальные входы объединены и являются входом устройства, подстраиваемого генератора

Figure 00000002
, фазового детектора (ФД), генератора частоты Ω/2π, балансного амплитудного модулятора, двух полосовых фильтров, один из которых настроен на частотуA device for recovering a carrier for communication systems with FM-4 [1], consisting of two balanced mixers in which the signal inputs are combined and are the input of a device tunable generator
Figure 00000002
phase detector (PD), frequency generator Ω / 2π, balanced amplitude modulator, two bandpass filters, one of which is tuned to the frequency

Figure 00000003
Figure 00000003

а другой - на частотуand the other on frequency

Figure 00000004
Figure 00000004

двух усилителей промежуточной частоты (УПЧ), настроенных на частоту Ω/2π, двух удвоителей частоты, двух фазовращателей - один на +45°, а другой на -45°.two intermediate frequency amplifiers (IFA) tuned to the frequency Ω / 2π, two frequency doublers, two phase shifters - one at + 45 °, and the other at -45 °.

Недостатком этого устройства являются его высокие энергетические потери, которые показывают, на сколько нужно увеличить отношение сигнал/шум (C/N), то есть увеличить мощность передатчика, чтобы получить потенциально возможную вероятность битовой ошибки.The disadvantage of this device is its high energy loss, which shows how much you need to increase the signal to noise ratio (C / N), that is, increase the transmitter power in order to obtain the potential probability of a bit error.

Из структуры устройства [1] видно, что восстановление несущей выполнено с помощью контура фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ), от качества работы которого зависят энергетические потери. В этом устройстве последствия манипуляции, при определении рассогласования по фазе между несущей и восстановленным колебанием, устраняются удвоителями частоты двух ветвей с последующим их фазовым детектированием. Удвоение частоты производится схемой возведения сигнала в квадрат. При низких отношениях C/N в результате возведения сигнала в квадрат, это отношение ухудшается (см., например, [2] абзац 10.2.1.4, стр.635). Фазовый детектор осуществляет перемножение сигналов с выходов удвоителей частоты, то есть сигналов с более низким отношением сигнал/шум, чем на входе устройства, тем самым еще в большей степени уменьшая это отношение в контуре ФАПЧ и увеличивая дисперсию фазы

Figure 00000005
восстановленного колебания.From the structure of the device [1] it is seen that the recovery of the carrier is performed using the phase-locked loop (PLL), on the quality of which depends on energy loss. In this device, the consequences of manipulation, when determining the phase mismatch between the carrier and the restored oscillation, are eliminated by frequency doublers of two branches with their subsequent phase detection. Frequency doubling is done by squaring the signal. At low C / N ratios as a result of squaring the signal, this ratio worsens (see, for example, [2] paragraph 10.2.1.4, p. 635). The phase detector multiplies the signals from the outputs of the frequency doublers, that is, signals with a lower signal to noise ratio than at the input of the device, thereby further reducing this ratio in the PLL and increasing the phase dispersion
Figure 00000005
restored wobble.

Снижение дисперсии фазы возможно за счет уменьшения шумовой полосы ФАПЧ, что в некоторой степени может уменьшить энергетические потери, если не привести к противоположному результату, когда возрастет дисперсия фазы, вызванная не скомпенсированной паразитной фазовой модуляцией (ПФМ). Уровень ее определяется фазовым шумом гетеродинов передатчика и приемника, а также паразитными гармоническими составляющими, находящимися в их спектре. ПФМ может внести значительный вклад в общие энергетические потери, которые могут стать невосполнимыми (см., например, [2] абзац, 10.2.1.8, стр.641, 642).A decrease in the phase dispersion is possible due to a decrease in the PLL noise band, which to some extent can reduce energy losses if the opposite result is not observed when the phase dispersion increases due to uncompensated stray phase modulation (PFM). Its level is determined by the phase noise of the local oscillators of the transmitter and receiver, as well as the parasitic harmonic components in their spectrum. PFM can make a significant contribution to total energy losses, which can become irreplaceable (see, for example, [2] paragraph, 10.2.1.8, p.641, 642).

Энергетические потери также связаны с применением в устройстве [1] подстраиваемого генератора, который входит в контур ФАПЧ, и, как правило, обладает низкой стабильностью и повышенной ПФМ по сравнению со стабилизированным генератором, работающим на фиксированной частоте.Energy losses are also associated with the use of a tunable generator in the device [1], which is included in the PLL circuit, and, as a rule, has low stability and increased PFM compared to a stabilized generator operating at a fixed frequency.

Энергетические потери устройства [1] также связаны со статической ошибкой сопровождения фазы, которая определяется уходом нуля ФД. Уход нуля ФД, в свою очередь, связан с не идентичностью фазовых характеристик полосовых фильтров и УПЧ. Выдержать их идентичность в интервале рабочих температур практически невозможно. К недостаткам этого устройства следует отнести и наличие операции настройки фильтров, от точности которой зависит статическая ошибка сопровождения фазы.The energy loss of the device [1] is also associated with a static phase tracking error, which is determined by the zero drift of the PD. Zero departure of the PD, in turn, is associated with the non-identical phase characteristics of the bandpass filters and the IF amplifier. To maintain their identity in the range of operating temperatures is almost impossible. The disadvantages of this device include the operation of filter settings, the accuracy of which depends on the static phase tracking error.

Известно также устройство восстановления несущей частоты фазоманипулированных сигналов [3], содержащее первый и второй ФД, первые входы которых объединены и являются входом устройства, два фильтра нижних частот, четыре компаратора, два перемножителя, первый и второй вычитатели, фильтр, причем выход первого вычитателя соединен с входом фильтра, управляемый генератор, фазовращатель, выход которого соединен со вторым входом второго ФД, три сумматора, два аттенюатора, инвертор.It is also known a device for recovering the carrier frequency of phase-shifted signals [3], containing the first and second PD, the first inputs of which are combined and are the input of the device, two low-pass filters, four comparators, two multipliers, the first and second subtractors, a filter, and the output of the first subtractor is connected with a filter input, a controlled generator, a phase shifter, the output of which is connected to the second input of the second PD, three adders, two attenuators, an inverter.

Недостатком устройства [3] являются его высокие энергетические потери, связанные с восстановлением несущей при помощи контура ФАПЧ. В контуре ФАПЧ устройства применена синфазно-квадратурная схема (разновидность схемы Костаса). Производительность такой схемы эквивалентна схеме возведения сигнала в квадрат (см., например, [2] абзац 10.2.1.5, стр.637). Недостаток применения в устройстве [3] управляемого генератора аналогичен недостатку применения подстраиваемого генератора в устройстве [1].The disadvantage of the device [3] is its high energy loss associated with the restoration of the carrier using the PLL. An in-phase-quadrature circuit (a variant of the Costas circuit) is used in the PLL circuit of the device. The performance of such a circuit is equivalent to a square squared circuit (see, for example, [2] paragraph 10.2.1.5, p. 637). The disadvantage of using a controlled generator in the device [3] is similar to the disadvantage of using a tunable generator in the device [1].

Устройство [3] предпочтительнее устройству [1], так как значительная часть операций над сигналом может быть выполнена путем цифровой обработки сигнала с более высокой точностью.The device [3] is preferable to the device [1], since a significant part of the operations on the signal can be performed by digital processing of the signal with higher accuracy.

Наиболее близким к заявляемому устройству, принятым за прототип, является устройство восстановления несущей в М-позиционной системе ФМ [4], содержащее первый и второй перемножители, первый и второй интеграторы со сбросом, петлевой фильтр, фазовращатель, причем первые входы первого и второго перемножителей объединены и являются входом устройства, выход фазовращателя соединен со вторым входом первого перемножителя, а второй вход второго перемножителя объединен с входом фазовращателя, устройство также содержит генератор управляемый напряжением (ГУН), первый и второй элементы задержки на длительность Т, первый и второй стробирующие устройства, оцениватель фазы, вычислитель косинуса и вычислитель синуса, третий и четвертый перемножители, сумматор.Closest to the claimed device adopted for the prototype is a carrier recovery device in the M-position FM system [4], containing the first and second multipliers, the first and second integrators with a reset, a loop filter, a phase shifter, the first inputs of the first and second multipliers combined and are the input of the device, the output of the phase shifter is connected to the second input of the first multiplier, and the second input of the second multiplier is combined with the input of the phase shifter, the device also contains a generator controlled by zheniem (VCO), first and second delay elements of duration T on the first and second gating device evaluator phase calculator cosine and sine calculator, third and fourth multipliers, the adder.

Недостатком устройства [4] являются его энергетические потери, связанные с восстановлением несущей при помощи контура ФАПЧ. В его контуре ФАПЧ, также как и в устройстве [3], применена синфазно-квадратурная схема (разновидность схемы Костаса), включающая два перемножителя, на входы которых подаются сигналы, содержащие шумовые компоненты. Следует подчеркнуть, что оцениватель фазы не уменьшает входную дисперсию фазы, действующую в согласованной полосе сигнала, а только выделяет ее. Недостаток применения в устройстве [4] ГУН аналогичен недостатку применения подстраиваемого генератора в устройстве [1].The disadvantage of the device [4] is its energy loss associated with the restoration of the carrier using the PLL. In its PLL circuit, as well as in the device [3], an in-phase-quadrature circuit (a variant of the Costas circuit) is used, which includes two multipliers, the inputs of which are fed with signals containing noise components. It should be emphasized that the phase estimator does not reduce the input phase dispersion acting in the matched signal band, but only highlights it. The disadvantage of using the VCO in the device [4] is similar to the disadvantage of using a tunable generator in the device [1].

Предлагаемое изобретение направлено на решение задачи снижения энергетических потерь при когерентной демодуляции сигналов с многопозиционной ФМ.The present invention is aimed at solving the problem of reducing energy losses during coherent demodulation of signals with multi-position FM.

Достижение технического результата устройства компенсации нестабильности несущей частоты фазоманипулированных сигналов определяется совокупностью следующих существенных признаков:The achievement of the technical result of the device for compensating for instability of the carrier frequency of the phase-shifted signals is determined by the combination of the following essential features:

- наличие, также как и в прототипе, первого и второго перемножителей, первого и второго интеграторов со сбросом, петлевого фильтра, фазовращателя, причем первые входы первого и второго перемножителей объединены и являются входом устройства, выход фазовращателя соединен со вторым входом первого перемножителя, а второй вход второго перемножителя объединен с входом фазовращателя;- the presence, as in the prototype, of the first and second multipliers, the first and second integrators with a reset, a loop filter, a phase shifter, and the first inputs of the first and second multipliers are combined and are the input of the device, the output of the phase shifter is connected to the second input of the first multiplier, and the second the input of the second multiplier is combined with the input of the phase shifter;

- наличие, в отличие от прототипа, первого и второго аналого-цифровых преобразователей (АЦП), опорного генератора, синтезатора частоты, вычислителя двойного арктангенса, первого и второго умножителей-делителей, первого и второго блоков вычитания, синтезатора фазы, причем выход опорного генератора соединен с входом синтезатора частоты, выход которого соединен с объединенными вторым входом второго перемножителя и входом фазовращателя. Выходы первого и второго перемножителей соединены с входами соответственно первого и второго АЦП, выходы которых соединены с входами соответственно первого и второго интеграторов со сбросом, выходы первого и второго интеграторов со сбросом соединены соответственно с первым и вторым входами вычислителя двойного арктангенса, выход которого соединен с входом первого умножителя-делителя и с первым входом второго блока вычитания. Выход первого умножителя-делителя соединен с первым входом первого блока вычитания, выход первого блока вычитания соединен с входом петлевого фильтра, выход которого соединен с входом синтезатора фазы, при этом выход синтезатора фазы соединен с входом второго умножителя-делителя и вторым входом второго блока вычитания, выход которого является выходом устройства. Выход второго умножителя-делителя соединен со вторым входом первого блока вычитания, вторые входы первого и второго умножителей-делителей объединены и являются управляющим входом устройства.- the presence, in contrast to the prototype, of the first and second analog-to-digital converters (ADCs), a reference generator, a frequency synthesizer, a double arc tangent calculator, a first and second multiplier divider, a first and second subtraction unit, a phase synthesizer, and the output of the reference generator is connected with the input of the frequency synthesizer, the output of which is connected to the combined second input of the second multiplier and the input of the phase shifter. The outputs of the first and second multipliers are connected to the inputs of the first and second ADCs respectively, the outputs of which are connected to the inputs of the first and second integrators respectively with a reset, the outputs of the first and second integrators with a reset are connected respectively to the first and second inputs of the double arc tangent calculator, the output of which is connected to the input the first divisor multiplier and with the first input of the second subtraction block. The output of the first divider multiplier is connected to the first input of the first subtraction block, the output of the first subtraction block is connected to the input of the loop filter, the output of which is connected to the input of the phase synthesizer, while the output of the phase synthesizer is connected to the input of the second multiplier divider and the second input of the second subtraction block, the output of which is the output of the device. The output of the second divider multiplier is connected to the second input of the first subtraction unit, the second inputs of the first and second divider multipliers are combined and are the control input of the device.

Первый и второй перемножители, фазовращатель, также как и в прототипе, образуют квадратурный преобразователь, который переносит спектр сигнала с промежуточной частоты или несущей вниз, на сигнальную плоскость.The first and second multipliers, the phase shifter, as in the prototype, form a quadrature converter, which transfers the spectrum of the signal from an intermediate frequency or carrier down to the signal plane.

Опорный генератор и синтезатор частоты, в отличие от ГУН прототипа, образуют стабилизированный генератор, работающий на фиксированной, номинальной частоте приема и который является гетеродином для квадратурного преобразователя.The reference oscillator and frequency synthesizer, in contrast to the prototype VCO, form a stabilized oscillator operating at a fixed, nominal receive frequency and which is the local oscillator for the quadrature converter.

Первый и второй АЦП квантуют сигнал по амплитуде и времени.The first and second ADCs quantize the signal in amplitude and time.

Первый и второй интеграторы со сбросом, также как и в прототипе, производят согласованную фильтрацию и оценку квадратурных составляющих сигнала на интервале Т (длительности символа).The first and second integrators with reset, as well as in the prototype, perform a consistent filtering and estimation of the quadrature components of the signal on the interval T (symbol duration).

Вычислитель двойного арктангенса по оцененным квадратурным составляющим сигнала оценивает фазу вектора сигнала на всей сигнальной плоскости, без снятия манипуляции. Вычислитель двойного арктангенса выполняется на основе постоянного запоминающего устройства (ПЗУ), адресом которого являются цифровые синфазный и квадратурный отсчеты сигнала.The double arctangent calculator estimates the phase of the signal vector on the entire signal plane using the estimated quadrature components of the signal, without removing the manipulation. The double arctangent calculator is based on read-only memory (ROM), whose address is the digital common-mode and quadrature samples of the signal.

Первый умножитель-делитель снимает фазовую манипуляцию сигнала на выходе вычислителя двойного арктангенса, как будет показано далее, без увеличения дисперсии фазы сигнала.The first divisor multiplier removes the phase shift keying at the output of the double arc tangent calculator, as will be shown later, without increasing the phase dispersion of the signal.

Второй умножитель-делитель, первый блок вычитания, петлевой фильтр, синтезатор фазы образуют контур фазовой автоподстройки (ФАЛ), отслеживающий вращение фазы вектора сигнала, вызванное нестабильностью несущей частоты, а также ПФМ гетеродинов. Первый блок вычитания выполняет функцию линейного фазового детектора.The second multiplier divider, the first subtraction unit, loop filter, phase synthesizer form a phase-locked loop (FAL) that monitors the rotation of the phase of the signal vector caused by the instability of the carrier frequency, as well as PFM local oscillators. The first subtraction unit performs the function of a linear phase detector.

Второй блок вычитания компенсирует вращение фазы вектора сигнала на выходе вычислителя двойного арктангенса, так как при работе ФАП на выходе синтезатора фазы образуется отфильтрованная, восстановленная, без манипуляции, вращаемая фаза вектора сигнала. В результате чего, на выходе второго блока вычитания образуется не вращаемая фаза вектора сигнала, обусловленная манипуляцией информационными символами и дисперсией, вызванной не скомпенсированной ПФМ и шумом.The second subtraction block compensates for the rotation of the phase of the signal vector at the output of the double arctangent computer, since during the phase-to-phase converter operation, the filtered, restored, without manipulation, rotated phase of the signal vector is formed at the output of the phase synthesizer. As a result, at the output of the second subtraction block, a non-rotatable phase of the signal vector is formed due to the manipulation of information symbols and dispersion caused by uncompensated PFM and noise.

Таким образом, технический результат - снижение энергетических потерь достигается путем компенсации вращения фазы вектора сигнала, вызванного нестабильностью несущей частоты, без применения управляемого генератора, в цифровой форме линейными элементами, которые не увеличивают дисперсию фазы сигнала. Снижение энергетических потерь, как следствие, позволяет увеличить шумовую полосу ФАП, тем самым уменьшить время вхождения в синхронизм и снизить требования к ПФМ аналоговой части устройства.Thus, the technical result - the reduction of energy losses is achieved by compensating for the rotation of the phase of the signal vector, caused by the instability of the carrier frequency, without the use of a controlled generator, in digital form by linear elements that do not increase the phase dispersion of the signal. Reducing energy losses, as a result, allows you to increase the noise band of the phase-to-phase converter, thereby reducing the time of synchronization and reducing the requirements for the PFM of the analog part of the device.

Для пояснения работы устройства компенсации нестабильности несущей частоты фазоманипулированных сигналов приводятся следующие чертежи:To explain the operation of the device for compensating for instability of the carrier frequency of phase-shifted signals, the following drawings are given:

- фиг.1 - структурная схема устройства компенсации нестабильности несущей частоты ФМ сигналов;- figure 1 is a structural diagram of a device for compensating for instability of the carrier frequency of FM signals;

- фиг.2 - график функции двойного арктангенса и дискриминационные характеристики ФД;- figure 2 is a graph of the function of double arc tangent and discriminatory characteristics of the PD;

- фиг.3 - графическое изображение участка сигнальной плоскости сигнала ФМ-4.- figure 3 is a graphical representation of a portion of the signal plane of the signal FM-4.

Устройство компенсации нестабильности несущей частоты фазоманипулированных сигналов (фиг.1) содержит первый и второй перемножители 1 и 2, фазовращатель 3, первый и второй АЦП 4 и 5, синтезатор частоты 6, первый и второй интеграторы со сбросом 7 и 8, опорный генератор 9, вычислитель двойного арктангенса 10, первый и второй умножители-делители 11 и 12, первый и второй блоки вычитания 13 и 14, петлевой фильтр 15, синтезатор фазы 16.A device for compensating for instability of the carrier frequency of phase-shifted signals (Fig. 1) contains the first and second multipliers 1 and 2, the phase shifter 3, the first and second ADCs 4 and 5, the frequency synthesizer 6, the first and second integrators with reset 7 and 8, the reference generator 9, double arctangent calculator 10, first and second divisor multipliers 11 and 12, first and second subtraction blocks 13 and 14, loop filter 15, phase 16 synthesizer.

Первые входы первого и второго перемножителей 1 и 2 объединены и являются входом устройства, выход фазовращателя 3 соединен со вторым входом первого перемножителя 1, а второй вход второго перемножителя 2 объединен с входом фазовращателя 3, выход опорного генератора 9 соединен с входом синтезатора частоты 6, выход которого соединен с объединенными вторым входом второго перемножителя 2 и входом фазовращателя 3, выходы первого и второго перемножителей 1 и 2 соединены с входами соответственно первого и второго АЦП 4 и 5, выходы которых соединены с входами соответственно первого и второго интеграторов со сбросом 7 и 8, выходы первого и второго интеграторов со сбросом 7 и 8 соединены соответственно с первым и вторым входами вычислителя двойного арктангенса 10, выход которого соединен с входом первого умножителя-делителя 11 и с первым входом второго блока вычитания 14, выход первого умножителя-делителя 11 соединен с первым входом первого блока вычитания 13, выход первого блока вычитания 13 соединен с входом петлевого фильтра 15, выход которого соединен с входом синтезатора фазы 16, выход синтезатора фазы 16 соединен с входом второго умножителя-делителя 12 и вторым входом второго блока вычитания 14, выход которого является выходом устройства, выход второго умножителя-делителя 12 соединен со вторым входом первого блока вычитания 13, вторые входы первого и второго умножителей-делителей 11 и 12 объединены и являются управляющим входом устройства. Для пояснения работы устройства на структурной схеме (см. фиг.1) дополнительно показаны тактовые входы первого и второго АЦП 4 и 5, первого и второго интеграторов со сбросом 7 и 8, синтезатора фазы 16.The first inputs of the first and second multipliers 1 and 2 are combined and are the input of the device, the output of the phase shifter 3 is connected to the second input of the first multiplier 1, and the second input of the second multiplier 2 is combined with the input of the phase shifter 3, the output of the reference generator 9 is connected to the input of the frequency synthesizer 6, the output which is connected to the combined second input of the second multiplier 2 and the input of the phase shifter 3, the outputs of the first and second multipliers 1 and 2 are connected to the inputs of the first and second ADCs 4 and 5, the outputs of which are connected to moves of the first and second integrators with a reset of 7 and 8, respectively, the outputs of the first and second integrators with a reset of 7 and 8 are connected respectively to the first and second inputs of the double arc tangent calculator 10, the output of which is connected to the input of the first multiplier divider 11 and to the first input of the second block subtraction 14, the output of the first multiplier divider 11 is connected to the first input of the first subtraction block 13, the output of the first subtraction block 13 is connected to the input of the loop filter 15, the output of which is connected to the input of the phase 16 synthesizer, the synthesis output the torus of phase 16 is connected to the input of the second multiplier divider 12 and the second input of the second subtraction unit 14, the output of which is the output of the device, the output of the second multiplier divider 12 is connected to the second input of the first subtractor 13, the second inputs of the first and second multiplier divider 11 and 12 are combined and are the control input of the device. To explain the operation of the device in the structural diagram (see figure 1), the clock inputs of the first and second ADCs 4 and 5, the first and second integrators with reset 7 and 8, and phase 16 synthesizer are additionally shown.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

Первый и второй перемножители 1 и 2 совместно с фазовращателем 3 на 90° образуют квадратурный преобразователь, который переносит спектр сигнала с промежуточной частоты или несущей вниз, на сигнальную плоскость. Опорным сигналом для квадратурного преобразователя является выходной сигнал синтезатора частоты 6, который работает на фиксированной, номинальной частоте принимаемого сигнала. В свою очередь, синтезатор частоты 6 работает от высокостабильного, спектрально чистого опорного генератора 9.The first and second multipliers 1 and 2 together with the 90 ° phase shifter 3 form a quadrature converter that transfers the signal spectrum from an intermediate frequency or carrier down to the signal plane. The reference signal for the quadrature converter is the output signal of the frequency synthesizer 6, which operates at a fixed, nominal frequency of the received signal. In turn, the frequency synthesizer 6 operates from a highly stable, spectrally pure reference oscillator 9.

Первый и второй АЦП 4 и 5 квантуют сигнал по амплитуде и времени и работают на повышенной частоте kFs, кратной выделенной тактовой частоте Fs.The first and second ADCs 4 and 5 quantize the signal in amplitude and time and operate at an increased frequency kFs, a multiple of the allocated clock frequency Fs.

Первый и второй интеграторы со сбросом 7 и 8 производят согласованную фильтрацию и дают оценку квадратурных составляющих сигнала

Figure 00000006
на интервале Т (длительности символа). Интеграторы стробируются повышенной тактовой частотой kFs. Остальные цифровые элементы устройства стробируются тактовой частотой Fs.The first and second integrators with reset 7 and 8 perform matched filtering and evaluate the quadrature components of the signal
Figure 00000006
on the interval T (character duration). Integrators are gated by the increased clock frequency kFs. The remaining digital elements of the device are gated by the clock frequency Fs.

Вычислитель двойного арктангенса 10, функции ATAN2 (

Figure 00000006
), по оцененным квадратурным составляющим сигнала дает оценку фазы
Figure 00000007
манипулированного сигнала на всей сигнальной плоскости X, Y от минус π до π. Эта оценка не снимает манипуляцию фазы. Вычисление функции ATAN2 (
Figure 00000006
) производится с помощью запрограммированного ПЗУ. Эта функция линейна на всем интервале значений фазы сигнала. График функции двойного арктангенса D(φ), при восьмиразрядном выходе для М=1, приведен на фиг.2. Точность оценки фазы сигнала зависит от уровня его квантования по амплитуде, разрядности АЦП, а также от входной и выходной разрядности ПЗУ. Оцененные значения
Figure 00000006
в цифровом виде являются адресом ПЗУ. То есть вся сигнальная плоскость (см. фиг.3) разбита на 2R (где R - разрядность адреса ПЗУ) элементарных квадратов ΔX*ΔY. Каждому элементарному квадрату соответствует рассчитанное значение фазы, которое, в свою очередь, тоже квантуется.Dual ArcTangent Calculator 10, ATAN2 (
Figure 00000006
), according to the estimated quadrature components of the signal, gives an estimate of the phase
Figure 00000007
manipulated signal on the entire signal plane X, Y from minus π to π. This assessment does not remove phase manipulation. Calculation of the ATAN2 function (
Figure 00000006
) is made using the programmed ROM. This function is linear over the entire range of signal phase values. The graph of the double arc tangent function D (φ), with an eight-bit output for M = 1, is shown in figure 2. The accuracy of estimating the phase of a signal depends on the level of its quantization in amplitude, ADC resolution, and also on the input and output resolution of the ROM. Estimated Values
Figure 00000006
in digital form are the address of the ROM. That is, the entire signal plane (see Fig. 3) is divided into 2 R (where R is the bit depth of the ROM address) of the elementary squares ΔX * ΔY. Each elementary square corresponds to a calculated phase value, which, in turn, is also quantized.

Фаза сигнала на выходе вычислителя двойного арктангенса 10 представляется как:The phase of the signal at the output of the double arctangent computer 10 is represented as:

Figure 00000008
Figure 00000008

где Ω0 - угловая частота расстройки несущей приемника и передатчика (с учетом доплеровского сдвига), подлежащая компенсации;where Ω 0 is the angular frequency of the detuning of the carrier of the receiver and transmitter (taking into account the Doppler shift) to be compensated;

φP(nT) - динамическая составляющая отклонения фазы несущих частот приемника и передатчика, вызванная ПФМ, подлежащая компенсации;φ P (nT) is the dynamic component of the phase deviation of the carrier frequencies of the receiver and transmitter caused by the PFM, subject to compensation;

Figure 00000009
- составляющая, обусловленная манипуляцией фазы сигнала передатчика информационными символами, d может принимать значения от 0 до М-1;
Figure 00000009
- the component due to the manipulation of the phase of the transmitter signal with information symbols, d can take values from 0 to M-1;

φN(nT) - динамическая составляющая отклонения фазы сигнала, вызванная аддитивным, белым, гауссовским шумом (АБГШ);φ N (nT) is the dynamic component of the phase deviation of the signal caused by additive, white, Gaussian noise (ABGS);

φK(nT) - динамическая составляющая отклонения фазы сигнала, вызванная ошибкой (шумом) квантования.φ K (nT) is the dynamic component of the signal phase deviation caused by the quantization error (noise).

Угловая частота расстройки несущей приемника и передатчика Ω0 (с учетом доплеровского сдвига) может быть как положительная, так и отрицательная, то есть вектор сигнала Vs на сигнальной плоскости (см. фиг.3) может вращаться как по часовой стрелке (отрицательная расстройка), так и против часовой (положительная расстройка). Динамическая составляющая отклонения фазы сигнала, вызванная ошибкой квантования тем меньше, чем выше разрядность первого и второго АЦП 4 и 5, а также вычислителя двойного арктангенса 10.The angular frequency of detuning of the carrier of the receiver and transmitter Ω 0 (taking into account the Doppler shift) can be either positive or negative, that is, the signal vector Vs on the signal plane (see Fig. 3) can rotate clockwise (negative detuning), and counterclockwise (positive detuning). The dynamic component of the signal phase deviation caused by the quantization error is the smaller, the higher the bit depth of the first and second ADCs 4 and 5, as well as the double arctangent computer 10.

Первый умножитель-делитель 11 снимает фазовую манипуляцию сигнала. Операция умножения фазы сигнала на М, без учета переполнения, снимает фазовую манипуляцию, а операция деления на М приводит к одной и той же фазовой крутизне сигнала, которая не зависит от индекса модуляции.The first multiplier divider 11 removes phase manipulation of the signal. The operation of multiplying the phase of the signal by M, without taking into account overflow, removes phase manipulation, and the operation of dividing by M leads to the same phase slope of the signal, which does not depend on the modulation index.

Фаза сигнала на выходе первого умножителя-делителя 11 будет определяться формулой:The phase of the signal at the output of the first multiplier divider 11 will be determined by the formula:

Figure 00000010
Figure 00000010

где М - индекс ФМ;where M is the FM index;

Figure 00000011
- оцененная фаза сигнала на выходе вычислителя двойного арктангенса 10;
Figure 00000011
- estimated phase of the signal at the output of the double arctangent computer 10;

k - коэффициент переполнения.k is the overflow coefficient.

Для примера: сигнал ФМ-4 может иметь четыре положения фазы: 45°, 135°, 225° и 375°, которые после расчета по формуле (2) становятся равными 45°. Для цифрового сигнала в двоичной форме операция умножения-деления заменяется обнулением (исключением) старших разрядов на выходе вычислителя двойного арктангенса 10. Количество обнуляемых разрядов определяется двоичным логарифмом М - индекса ФМ. Для модуляции ФМ-2 обнуляется один старший разряд, после чего на выходе первого умножителя-делителя 11 образуется функция арктангенса, а для ФМ-4 функция арктангенса двойного угла. Для немодулированного сигнала при М=1 старшие разряды не обнуляются. Графики этих функций D(φ) для М=1, М=2 и М=4 приведены на фиг.2.For example: the FM-4 signal can have four phase positions: 45 °, 135 °, 225 ° and 375 °, which after calculation by formula (2) become equal to 45 °. For a digital signal in binary form, the operation of multiplication-division is replaced by zeroing (excluding) the upper digits at the output of the double arc tangent calculator 10. The number of nullable digits is determined by the binary logarithm of M - the FM index. To modulate FM-2, one senior bit is zeroed, after which the arctangent function is formed at the output of the first multiplier divider 11, and for FM-4 the double-angle arctangent function is formed. For an unmodulated signal at M = 1, the most significant bits are not reset. The graphs of these functions D (φ) for M = 1, M = 2 and M = 4 are shown in FIG. 2.

Синтезатор фазы 16 является неотъемлемой частью синтезаторов отчетов или синтезаторов прямого синтеза. В данном случае восстанавливать отчеты не требуется. В качестве синтезатора фазы 16 используется цифровой интегратор или накапливающий сумматор. Синтезатор фазы 16 имеет возможность получения на его выходе как нарастающей (положительная производная), так и убывающей (отрицательная производная) фазы, зависящей от знака на его входе. Периодичность или мгновенная частота повторения фазы на его выходе определяется формулой:The phase 16 synthesizer is an integral part of report synthesizers or direct synthesis synthesizers. In this case, you do not need to restore reports. As a synthesizer of phase 16, a digital integrator or accumulating adder is used. The synthesizer of phase 16 has the ability to obtain at its output both an increasing (positive derivative) and a decreasing (negative derivative) phase, depending on the sign at its input. The frequency or instantaneous frequency of the phase at its output is determined by the formula:

Figure 00000012
Figure 00000012

где φC(nT) - текущее значение фазы;where φ C (nT) is the current phase value;

φC(nT-Т) - задержанное значение фазы;φ C (nT-T) is the delayed phase value;

Т - период квантования.T is the quantization period.

На входе синтезатора фазы 16 задается производная фазы или частота. При отрицательной входной производной, на выходе синтезатора его фаза будет убывающей. При ограниченной разрядности периодичность или частота повторения фазы определяется формулой:The phase 16 derivative or frequency is set at the input of the phase 16 synthesizer. With a negative input derivative, at the output of the synthesizer, its phase will be decreasing. With limited capacity, the frequency or frequency of the phase repetition is determined by the formula:

Figure 00000013
Figure 00000013

где К - децимальное значение цифрового входного сигнала (как положительное, так и отрицательное);where K is the decimal value of the digital input signal (both positive and negative);

N - разрядность синтезатора.N is the capacity of the synthesizer.

Из формулы (4) видно, что синтезатор фазы 16 может формировать только дискретные значения частот с шагом, равным наименьшему значению частоты при К=1. При входном сигнале, равном нулю, фаза на выходе синтезатора не меняется и имеет случайное (последнее) значение. Указанный синтезатор используется в контуре ФАП для отслеживания вращения вектора сигнала, вызванного расстройкой несущей частоты приемника и передатчика с учетом доплеровского сдвига.From formula (4) it can be seen that the phase 16 synthesizer can only generate discrete frequency values with a step equal to the lowest frequency value at K = 1. With an input signal equal to zero, the phase at the output of the synthesizer does not change and has a random (last) value. The specified synthesizer is used in the FAP loop to track the rotation of the signal vector caused by the detuning of the carrier frequency of the receiver and transmitter, taking into account the Doppler shift.

В контур ФАП также входит первый блок вычитания 13, петлевой фильтр 15 и второй умножитель-делитель 12. Первый блок вычитания 13 выполняет функцию фазового детектора, который сравнивает фазу вектора сигнала со снятой манипуляцией с фазой синтезатора фазы 16, при этом на выходе ФД образуется разность фаз Δφ (см. фиг.3). На фиг.3 показан условный вектор Vc синтезатора фазы 16. Замкнутый контур ФАП будет стремиться свести разность фаз А Δφ→0 и поддерживать это состояние. Фазовый детектор является линейным устройством, которое не увеличивает дисперсию фазы сигнала. Дискриминационные характеристики фазового детектора D (Δφ) приведены на фиг.2. Петлевой фильтр 15 определяет порядок контура ФАП.The first phase subtractor 13, the loop filter 15 and the second multiplier divider 12 are also included in the FAP loop. The first subtractor 13 performs the function of a phase detector that compares the phase of the signal vector with the manipulation removed with the phase of the phase 16 synthesizer, and a difference is formed at the output of the PD phase Δφ (see figure 3). Figure 3 shows the conditional vector Vc of the phase 16 synthesizer. The closed loop PLL will tend to reduce the phase difference A Δφ → 0 and maintain this state. A phase detector is a linear device that does not increase the phase dispersion of the signal. The discriminatory characteristics of the phase detector D (Δφ) are shown in Fig.2. The loop filter 15 determines the order of the loop phase-locked loop.

Второй умножитель-делитель 12 обнуляет (исключает) старшие разряды синтезатора фазы 16 из процесса слежения, то есть делает фазу синтезатора фазы 16 эквивалентной фазе сигнала со снятой манипуляцией. Периодичность фазы на выходе второго умножителя-делителя 12 увеличивается в М раз. Общая же периодичность фазы на выходе синтезатора фазы 16 в режиме слежения, с учетом старших разрядов, будет соответствовать f= Ωo/2π частоте расстройки несущей приемника и передатчика.The second multiplier divider 12 resets (eliminates) the upper bits of the synthesizer of phase 16 from the tracking process, that is, makes the phase of the synthesizer of phase 16 equivalent to the phase of the signal with the removed manipulation. The frequency of the phase at the output of the second multiplier divider 12 increases M times. The overall periodicity of the phase at the output of the phase 16 synthesizer in the tracking mode, taking into account the senior bits, will correspond to f = Ω o / 2π the frequency of the detuning of the carrier of the receiver and transmitter.

Неоднозначность фазы на выходе синтезатора фазы 16, относительно переданной, будет кратна 2π/M.The ambiguity of the phase at the output of the synthesizer of phase 16, relative to the transmitted, will be a multiple of 2π / M.

Второй блок вычитания 14 является компенсатором вращения фазы вектора сигнала, на первый вход которого подается оцененное вычислителем двойного арктангенса 10 значение фазы сигнала, а на второй - отфильтрованное, восстановленное контуром ФАП, немодулированное значение фазы сигнала. На выходе второго блока вычитания 14 образуется не вращаемая фаза вектора сигнала, которая определяется формулой:The second subtraction unit 14 is a compensator for the rotation of the phase of the signal vector, to the first input of which the signal phase value estimated by the double arctangent computer 10 is supplied, and the second unmodulated signal phase value, filtered, restored by the PLL, is fed to the second input. The output of the second subtraction unit 14 forms a non-rotatable phase of the signal vector, which is determined by the formula:

Figure 00000014
Figure 00000014

где

Figure 00000015
- составляющая, обусловленная манипуляцией фазы сигнала передатчика информационными символами, где d может принимать значения от 0 до М-1;Where
Figure 00000015
- a component due to the manipulation of the phase of the transmitter signal with information symbols, where d can take values from 0 to M-1;

φPH(nT) - не скомпенсированная, динамическая составляющая отклонения фазы несущих частот приемника и передатчика, вызванная ПФМ;φ PH (nT) - is not compensated, the dynamic component of the carrier phase deviation of the receiver and transmitter frequencies caused by CPM;

φN(nT) - динамическая составляющая отклонения фазы сигнала, вызванная АБГШ;φ N (nT) is the dynamic component of the phase deviation of the signal caused by ABGS;

φK(nT) - динамическая составляющая отклонения фазы сигнала, вызванная ошибкой (шумом) квантования;φ K (nT) is the dynamic component of the signal phase deviation caused by quantization error (noise);

Figure 00000016
- фазовая неоднозначность, где m может принимать значения от 0 до М-1.
Figure 00000016
- phase ambiguity, where m can take values from 0 to M-1.

Первая составляющая фазы обусловлена передаваемой информацией, которую необходимо выделить.The first component of the phase is due to the transmitted information, which must be highlighted.

Вторая составляющая фазы определяется качеством гетеродинов приемника и передатчика, их суммарной ПФМ и возможностью ее компенсации контуром ФАП предлагаемого устройства. Так как контур ФАП работает автономно, то имеется большая возможность компенсации ПФМ, по сравнению с прототипом, путем установки оптимальной шумовой полосы, вследствие чего, в конкретных случаях, могут быть снижены требования к ПФМ аналоговой части.The second component of the phase is determined by the quality of the local oscillators of the receiver and transmitter, their total PFM and the possibility of its compensation by the FAP loop of the proposed device. Since the FAP loop operates autonomously, there is a great opportunity to compensate for the PFM, in comparison with the prototype, by setting the optimal noise band, as a result of which, in specific cases, the requirements for the PFM of the analog part can be reduced.

Составляющая отклонения фазы вектора сигнала, вызванная АБГШ, определяется достаточной шумовой полосой Fшд ФАП. Дисперсия фазы сигнала

Figure 00000017
, вызванная аддитивным шумом, также определяет энергетические потери. Дисперсия фазы сигнала на входе устройства обратно пропорциональна отношению C/N, а дисперсия фазы на выходе контура ФАП определяется его шумовой полосой, которая прямо пропорциональна отношению односторонней шумовой полосы контура ФАП к односторонней шумовой полосе согласованного фильтра или односторонней эффективной ширине спектра сигнала. Дисперсия фазы восстановленной несущей при воздействии АБГШ и при отсутствии ПФМ определяется формулой:The component of the phase deviation of the signal vector caused by the ABGS is determined by the sufficient noise band Fшд FAP. Signal phase dispersion
Figure 00000017
caused by additive noise also determines energy loss. The phase dispersion of the signal at the input of the device is inversely proportional to the C / N ratio, and the phase dispersion at the output of the PLL loop is determined by its noise band, which is directly proportional to the ratio of the one-sided noise band of the PLL loop to the one-sided noise band of the matched filter or the one-sided effective signal spectrum width. The dispersion of the phase of the restored carrier when exposed to ABGS and in the absence of PFM is determined by the formula:

Figure 00000018
Figure 00000018

где N - мощность шума на входе в согласованной полосе;where N is the input noise power in the matched band;

С - мощность сигнала (несущей) на входе;C is the power of the signal (carrier) at the input;

BL - односторонняя шумовая полоса контура ФАПЧ;B L - one-sided noise band of the PLL;

WS - односторонняя эффективная ширина спектра сигнала.W S - one-sided effective signal spectrum width.

Используя формулу (6) и задав среднеквадратическое отклонение (СКО) фазы σφ и отношение C/N, рассчитывается достаточная шумовая полоса Fшд контура ФАП. Например: СКО фазы σφ, равное 0,1 радиана, практически не вносит дополнительных энергетических потерь для ФМ-2, и при C/N=1 достаточная шумовая полоса Fшд составит одну сотую от односторонней эффективной ширины спектра сигнала.Using formula (6) and setting the standard deviation (SD) σ φ phase and the ratio C / N, sufficient noise bandwidth is calculated Fshd PLL circuit. For example: the standard deviation of the phase σ φ , equal to 0.1 radian, practically does not introduce additional energy losses for FM-2, and at C / N = 1, the sufficient noise band Fшд will be one hundredth of the one-sided effective signal spectrum width.

Динамическая составляющая отклонения фазы вектора сигнала, вызванная ошибкой квантования, зависит от разрядности устройства и при шести, семи разрядных АЦП ее среднеквадратическое значение составляет не более 0,01 радиана.The dynamic component of the phase deviation of the signal vector, caused by a quantization error, depends on the capacity of the device and at six, seven bit ADCs, its rms value is not more than 0.01 radian.

Дополнительные энергетические потери предлагаемого устройства возникают за счет квантования по времени. Эти потери возникают за счет того, что фаза входного сигнала на интервале длительности символа поворачивается на некоторый угол, в результате чего возникает интерференция между квадратурными составляющими сигнала

Figure 00000019
и
Figure 00000020
. При повороте фазы входного сигнала ФМ-2 на 18° дополнительные энергетические потери составляют не более 0,1 дБ. Исходя из допустимости таких потерь максимальная расстройка по частоте fmax между приемником и передатчиком должна быть не более
Figure 00000021
.Additional energy losses of the proposed device occur due to time slicing. These losses occur due to the fact that the phase of the input signal in the interval of the symbol duration is rotated by a certain angle, as a result of which interference occurs between the quadrature components of the signal
Figure 00000019
and
Figure 00000020
. When the phase of the input signal FM-2 is rotated by 18 °, the additional energy loss is not more than 0.1 dB. Based on the admissibility of such losses, the maximum frequency detuning f max between the receiver and the transmitter should be no more than
Figure 00000021
.

Выходной сигнал второго блока вычитания 14 является выходным сигналом устройства, по которому в дальнейшем принимается решение о передаваемых символах.The output signal of the second subtraction unit 14 is the output signal of the device, by which a decision is subsequently made on the transmitted symbols.

Фазовая неоднозначность устройства аналогична аналогам и прототипу.The phase ambiguity of the device is similar to analogues and prototype.

Путем установки максимально возможной полосы ФАП, вхождение в синхронизм может производиться за несколько десятков символов.By setting the maximum possible FAP band, synchronization can be made for several tens of characters.

Квадратурный преобразователь, синтезатор частоты, опорный генератор, АЦП выпускаются серийно промышленностью. Цифровая часть устройства компенсации нестабильности несущей частоты фазоманипулированных сигналов может, например, являться составной частью устройств цифровой обработки сигналов, выполненных на основе программируемых логических интегральных схем (ПЛИС), базовых матричных кристаллах (БМК) или сигнальных процессоров.A quadrature converter, a frequency synthesizer, a reference generator, an ADC are commercially available by industry. The digital part of the carrier frequency instability compensation device for phase-shifted signals can, for example, be an integral part of digital signal processing devices based on programmable logic integrated circuits (FPGAs), base matrix crystals (BMCs), or signal processors.

Реально достижимые экспериментальные результаты, а именно энергетические потери, вносимые предложенным устройством, оценивались путем сравнения помехоустойчивости устройства без компенсации нестабильности несущей на нулевой частоте с помехоустойчивостью того же устройства с компенсацией. Для этого, в том и другом случае, снимались графики зависимости вероятности битовой ошибки от отношения энергии бита к спектральной плотности мощности шума Eb/No в интервале от минус 3 дБ до плюс 13 дБ в режимах ФМ-2 и ФМ-4.Really achievable experimental results, namely, energy losses introduced by the proposed device, were estimated by comparing the noise immunity of the device without compensating for the instability of the carrier at zero frequency with the noise immunity of the same device with compensation. For this, in both cases, the graphs of the dependence of the probability of bit error on the ratio of the bit energy to the spectral density of the noise power Eb / No in the range from minus 3 dB to plus 13 dB in the FM-2 and FM-4 modes were shot.

В первом случае (без компенсации) сумма сигнала и шума АБГШ подавалась на вход первого АЦП 4, а вероятность битовой ошибки оценивалась на выходе первого интегратора со сбросом 7. В этом случае график помехоустойчивости эквивалентен когерентному приему сигналов ФМ-2 и ФМ-4.In the first case (without compensation), the sum of the signal and noise ABGS was fed to the input of the first ADC 4, and the probability of a bit error was estimated at the output of the first integrator with reset 7. In this case, the noise immunity curve is equivalent to coherent reception of the FM-2 and FM-4 signals.

Во втором случае (с компенсацией), в режиме ФМ-2 один и тот же сигнал суммировался с сигналами разных, независимых источников шума АБГШ и подавался на вход первого и второго АЦП 4 и 5. В режиме ФМ-4 разные сигналы суммировались с разными сигналами источников шума. В этом случае, в режимах ФМ-2 и ФМ-4, вероятность битовой ошибки оценивалась на выходе компенсатора с применением решающего устройства.In the second case (with compensation), in the FM-2 mode, the same signal was summed with the signals of different independent noise sources ABGS and fed to the input of the first and second ADCs 4 and 5. In the FM-4 mode, different signals were summed with different signals sources of noise. In this case, in the FM-2 and FM-4 modes, the probability of a bit error was estimated at the output of the compensator using a solver.

Устройство компенсации имело следующие характеристики:The compensation device had the following characteristics:

- тактовая частота информационных символов - - clock frequency of information symbols - 5 МГц5 MHz - тактовая частота АЦП - - clock frequency of the ADC - 80 МГц80 MHz - разрядность АЦП - - bit ADC - 66 - входная разрядность ПЗУ - - input ROM capacity - 12(2×6)12 (2 × 6) - выходная разрядность ПЗУ - - output bit capacity ROM - 88 - разрядность синтезатора фазы - - bit synthesizer phase - 1616 - шумовая полоса ФАП - - FAP noise band - 40 кГц.40 kHz.

Уровни входных сигналов (пик/пик) составляли 0,4 от раскрыва АЦП.The input signal levels (peak / peak) were 0.4 from the opening of the ADC.

В результате проведения эксперимента, графики зависимости вероятности битовой ошибки от отношения энергии бита к спектральной плотности мощности шума Eb/No, в режимах ФМ-2 и ФМ-4 с применением компенсации, в интервале от 0 дБ до плюс 13 дБ полностью совпали с графиком, где компенсация не использовалась. Энергетические потери при отношении Eb/No, равном минус 3 дБ, составили 0,5 дБ. При отсутствии внешнего шума АБГШ, на выходе ФД оценивалось среднеквадратическое отклонение фазы, вызванное аппаратными шумами и шумом квантования, которое составило не более 0,01 радиана.As a result of the experiment, the graphs of the dependence of the probability of a bit error on the ratio of the bit energy to the spectral density of the noise power Eb / No, in the FM-2 and FM-4 modes using compensation, in the range from 0 dB to plus 13 dB completely coincided with the graph, where compensation was not used. The energy loss at an Eb / No ratio of minus 3 dB was 0.5 dB. In the absence of external ABGS noise, the mean square deviation of the phase caused by hardware noise and quantization noise, which amounted to no more than 0.01 radian, was estimated at the PD output.

Таким образом, устройство компенсации нестабильности несущей частоты фазоманипулированных сигналов практически не вносит энергетических потерь, имеющих место в прототипе, при когерентной демодуляции ФМ сигналов, а также позволяет уменьшить время вхождения в синхронизм и снизить требования к аналоговой части устройства.Thus, the device for compensating for instability of the carrier frequency of phase-shifted signals practically does not introduce the energy losses that occur in the prototype with coherent demodulation of FM signals, and also reduces the time of synchronization and reduces the requirements for the analog part of the device.

Источники информацииInformation sources

1. Заявка RU №97101981, опубл. 27.02.1999 г.1. Application RU No. 97101981, publ. 02/27/1999

2. Скляр Б. Цифровая связь, Москва "Санкт-Петербург" Киев, 2003.2. Sklyar B. Digital Communications, Moscow "St. Petersburg" Kiev, 2003.

3. Патент RU №2044409, опубл. 20.09.1995 г.3. Patent RU No. 2044409, publ. September 20, 1995

4. Прокис Дж. Цифровая связь, Москва, Радио и связь, 2000, стр.296, рис.6.2.10 (прототип).4. Prokis J. Digital Communications, Moscow, Radio and Communications, 2000, p. 266, Fig. 6.2.10 (prototype).

Claims (1)

Устройство компенсации нестабильности несущей частоты фазоманипулированных сигналов, содержащее первый и второй перемножители, первый и второй интеграторы со сбросом, петлевой фильтр, фазовращатель, причем первые входы первого и второго перемножителей объединены и являются входом устройства, выход фазовращателя соединен со вторым входом первого перемножителя, а второй вход второго перемножителя объединен с входом фазовращателя, отличающееся тем, что дополнительно содержит первый и второй аналого-цифровые преобразователи, опорный генератор, синтезатор частоты, вычислитель двойного арктангенса, первый и второй умножители-делители, первый и второй блоки вычитания, синтезатор фазы, причем выход опорного генератора соединен с входом синтезатора частоты, выход которого соединен с объединенными вторым входом второго перемножителя и входом фазовращателя, выходы первого и второго перемножителей соединены с входами, соответственно, первого и второго аналого-цифровых преобразователей, выходы которых соединены с входами, соответственно, первого и второго интеграторов со сбросом, выходы первого и второго интеграторов со сбросом соединены, соответственно, с первым и вторым входами вычислителя двойного арктангенса, выход которого соединен с входом первого умножителя-делителя и с первым входом второго блока вычитания, выход первого умножителя-делителя соединен с первым входом первого блока вычитания, выход первого блока, вычитания соединен с входом петлевого фильтра, выход которого соединен с входом синтезатора фазы, при этом выход синтезатора фазы соединен с входом второго умножителя-делителя и вторым входом второго блока вычитания, выход которого является выходом устройства, выход второго умножителя-делителя соединен со вторым входом первого блока вычитания, вторые входы первого и второго умножителей-делителей объединены и являются управляющим входом устройства.A device for compensating the instability of the carrier frequency of phase-shifted signals, comprising the first and second multipliers, the first and second integrators with a reset, a loop filter, a phase shifter, the first inputs of the first and second multipliers being combined and being the input of the device, the output of the phase shifter connected to the second input of the first multiplier, and the second the input of the second multiplier is combined with the input of the phase shifter, characterized in that it further comprises the first and second analog-to-digital converters, the reference generator, frequency synthesizer, double arctangent calculator, first and second divider multipliers, first and second subtraction blocks, phase synthesizer, wherein the output of the reference oscillator is connected to the input of the frequency synthesizer, the output of which is connected to the combined second input of the second multiplier and the input of the phase shifter, the outputs of the first and the second multipliers are connected to the inputs, respectively, of the first and second analog-to-digital converters, the outputs of which are connected to the inputs, respectively, of the first and second integrators with by reset, the outputs of the first and second integrators with reset are connected, respectively, to the first and second inputs of the double arc tangent calculator, the output of which is connected to the input of the first multiplier divider and to the first input of the second subtraction block, the output of the first multiplier divider is connected to the first input of the first block subtraction, the output of the first block, subtraction is connected to the input of the loop filter, the output of which is connected to the input of the phase synthesizer, while the output of the phase synthesizer is connected to the input of the second divider multiplier and second input the second subtraction unit, the output of which is the output of the device, the output of the second divider multiplier is connected to the second input of the first subtraction unit, the second inputs of the first and second divider multipliers are combined and are the control input of the device.
RU2006114282/09A 2006-04-26 2006-04-26 Instability compensation device for carrier frequency of phase-shift signals RU2336650C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2006114282/09A RU2336650C2 (en) 2006-04-26 2006-04-26 Instability compensation device for carrier frequency of phase-shift signals

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2006114282/09A RU2336650C2 (en) 2006-04-26 2006-04-26 Instability compensation device for carrier frequency of phase-shift signals

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2006114282A RU2006114282A (en) 2007-11-20
RU2336650C2 true RU2336650C2 (en) 2008-10-20

Family

ID=38959004

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2006114282/09A RU2336650C2 (en) 2006-04-26 2006-04-26 Instability compensation device for carrier frequency of phase-shift signals

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2336650C2 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2449462C1 (en) * 2011-04-13 2012-04-27 Открытое акционерное общество "Концерн "Созвездие" Synthesizer of frequency-modulated signals
RU2741066C1 (en) * 2020-05-12 2021-01-22 Акционерное общество научно-внедренческое предприятие "ПРОТЕК" Compensation device in frequency detuning receiver, which occurs in transmitter and receiver during transmission-reception of phase-code manipulated signals

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ПРОКИС Дж. Цифровая связь. М.: Радио и связь, 2000, с.296, рис.6.2.10. *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2449462C1 (en) * 2011-04-13 2012-04-27 Открытое акционерное общество "Концерн "Созвездие" Synthesizer of frequency-modulated signals
RU2741066C1 (en) * 2020-05-12 2021-01-22 Акционерное общество научно-внедренческое предприятие "ПРОТЕК" Compensation device in frequency detuning receiver, which occurs in transmitter and receiver during transmission-reception of phase-code manipulated signals

Also Published As

Publication number Publication date
RU2006114282A (en) 2007-11-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1057252B1 (en) Direct digital synthesis of precise, stable angle modulated rf signal
RU2393641C1 (en) Demodulator of phase-manipulated signals
US6016080A (en) Computer based fast phase difference measuring unit and PLL using same
US8258877B2 (en) Feed-back and feed-forward systems and methods to reduce oscillator phase-noise
US7139329B2 (en) Receiver in a radio communication system
US7557661B1 (en) Direct digital synthesis (DDS) hybrid phase-lock loop for low-jitter synchronization
US6982592B2 (en) Zero if complex quadrature frequency discriminator and FM demodulator
EP2100378B1 (en) Digitally controlled analog frequency synthesizer
Saber et al. A simple design to mitigate problems of conventional digital phase locked loop
US20060057996A1 (en) High frequency low noise phase-frequency detector and phase noise reduction method and apparatus
US7643572B2 (en) Modulator with controlled transmission bandwidth, and a corresponding method for controlling the transmission bandwidth
EP1363433A1 (en) Phase detection circuit and receiver
US11637727B2 (en) Modulator, demodulator and wireless communication system
US5444420A (en) Numerically controlled phase lock loop synthesizer/modulator and method
US20220014205A1 (en) System and method for low jitter phase-lock loop based frequency synthesizer
RU2336650C2 (en) Instability compensation device for carrier frequency of phase-shift signals
JP2021141401A (en) Phase correcting device, distance measuring device, and phase fluctuation detecting device
EP1427108A1 (en) A third order sigma-delta modulator for noise shaping in a phase locked loop and method thereof
JP3898839B2 (en) Transmitter
FI97662C (en) Procedure for carrier recovery
CN116545542B (en) Random frequency difference locking algorithm for coherent optical communication local oscillation light and signal light
JPH0541717A (en) Demodulator for digital modulated wave
Patel Frequency Synthesizers and Their Applications in Signal Processing
RU2699066C1 (en) Two-position phase-shift keyed signal demodulator
Patel 9 Frequency Synthesizers

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20200427