RU2425457C1 - Device of quadrature reception of frequency-manipulated signals - Google Patents

Device of quadrature reception of frequency-manipulated signals Download PDF

Info

Publication number
RU2425457C1
RU2425457C1 RU2010131502/09A RU2010131502A RU2425457C1 RU 2425457 C1 RU2425457 C1 RU 2425457C1 RU 2010131502/09 A RU2010131502/09 A RU 2010131502/09A RU 2010131502 A RU2010131502 A RU 2010131502A RU 2425457 C1 RU2425457 C1 RU 2425457C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
output
input
quadrature
frequency
low
Prior art date
Application number
RU2010131502/09A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Анатолий Михайлович Карлов (RU)
Анатолий Михайлович Карлов
Елена Вячеславовна Волхонская (RU)
Елена Вячеславовна Волхонская
Евгений Валентинович Иванов (RU)
Евгений Валентинович Иванов
Original Assignee
Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Балтийская государственная академия рыбопромыслового флота"
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 Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Балтийская государственная академия рыбопромыслового флота" filed Critical Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Балтийская государственная академия рыбопромыслового флота"
Priority to RU2010131502/09A priority Critical patent/RU2425457C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2425457C1 publication Critical patent/RU2425457C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Noise Elimination (AREA)

Abstract

FIELD: radio engineering. ^ SUBSTANCE: device of quadrature reception of frequency-manipulated signals comprises a unit of cophased component formation and a unit of quadrature component formation, including serially connected mixers and low-pass filters, a unit of reference signals generation, a voltage divider, a differentiating device, four multipliers, a unit of clock synchronisation, a delay line, a filter amplifier, a phase changer, a phase detector, an adjustable reference signal generator, a low-pass filter of a reference signals unit and the third low-pass filter. ^ EFFECT: simplification without reduction of noise immunity. ^ 6 dwg

Description

Область техники, к которой относится изобретениеFIELD OF THE INVENTION

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано для приема частотно-манипулированных сигналов с непрерывной фазой и индексом частотной манипуляции β=0.5 в системах передачи и приема дискретной информации.The invention relates to radio engineering and can be used to receive frequency-manipulated signals with a continuous phase and frequency manipulation index β = 0.5 in systems for transmitting and receiving discrete information.

Уровень техникиState of the art

Известны устройства приема частотно-манипулированных сигналов, принцип действия которых описан в ряде работ. Например, в книгах Кантор Л.Я., Дорофеев В.М. Помехоустойчивость приема ЧМ-сигналов. - М.: Связь, 1977 г.; Авиационные радиосвязные устройства, под ред. В.И.Тихонова. - М.: изд. ВВИА им. проф. Н.Е.Жуковского, 1986 г.; Тихонов В.И. Оптимальный прием сигналов. - М.: Радио и связь, 1983 г.; Тихонов В.И., Кульман Н.К. Нелинейная фильтрация и квазикогерентный прием сигналов. - М.: Сов. радио, 1975 г.; Murota K., Hirade U. "GMSK - modulation for digital mobile radiotelephony" IEEE Transactions on Communications, vol. com. - 29, 1081, №7, p.1047; а также в авторских свидетельствах на изобретение и патентах: Приемник с частотной модуляцией (Патент №1496567, МПК H04B 17/00 от 30.12.77. Автор Hiroshi Furano); Устройство для подавления пороговых шумов (Авторское свидетельство №270006, МПК Н04В 15/00 от 13.08.70. Авторы Ю.А.Афанасьев, В.М.Дорофеев); Демодулятор частотно-манипулированных сигналов (Авторское свидетельство SU №1311585 A, МПК H04L 27/14 от 29.12.84. Автор А.С.Гаранин. ДСП); Демодулятор частотно-манипулированных сигналов (Авторское свидетельство SU №1461358 A1, МПК H04L 27/14 от 01.04.85. Автор А.С.Гаранин. ДСП); Устройство приема частотно-модулированных сигналов (Патент №2179786, МПК H04B 1/10 от 13.07.99. Авторы A.M. Карлов, Е.В.Волхонская, Е.Н.Авдеев); Способ квадратурного приема частотно-манипулированных сигналов с минимальным сдвигом (Патент №2192101 от 13.07.1999 г., МПК 7 H04L 27/14. Авторы A.M.Карлов, Е.В.Волхонская, Е.Н.Авдеев).Known devices for receiving frequency-manipulated signals, the principle of which is described in a number of works. For example, in the books of Kantor L.Ya., Dorofeev V.M. Immunity to receiving FM signals. - M .: Communication, 1977; Aeronautical Radio Communication Devices, ed. V.I. Tikhonova. - M .: ed. VVIA them. prof. N.E. Zhukovsky, 1986; Tikhonov V.I. Optimum signal reception. - M .: Radio and communications, 1983; Tikhonov V.I., Kulman N.K. Nonlinear filtering and quasi-coherent signal reception. - M .: Owls. radio, 1975; Murota K., Hirade U. "GMSK - modulation for digital mobile radiotelephony" IEEE Transactions on Communications, vol. com. - 29, 1081, No. 7, p. 1047; as well as in copyright certificates for inventions and patents: Receiver with frequency modulation (Patent No. 1496567, IPC H04B 17/00 of 12.30.77. Author Hiroshi Furano); A device for suppressing threshold noise (Author's certificate No. 270006, IPC Н04В 15/00 of 08/13/70. Authors Yu.A. Afanasyev, V. M. Dorofeev); Demodulator of frequency-manipulated signals (Copyright certificate SU No. 1311585 A, IPC H04L 27/14 of 12.29.84. Author A.S. Garanin. Particleboard); Demodulator of frequency-manipulated signals (Copyright certificate SU No. 1461358 A1, IPC H04L 27/14 of 04/01/85. Author A.S. Garanin. Particleboard); A device for receiving frequency-modulated signals (Patent No. 2179786, IPC H04B 1/10 of 07/13/99. Authors A.M. Karlov, E.V. Volkhonskaya, E.N. Avdeev); The method of quadrature reception of frequency-manipulated signals with minimal shift (Patent No. 2192101 dated 07/13/1999, IPC 7 H04L 27/14. Authors A.M. Karlov, E.V. Volkhonskaya, E.N. Avdeev).

Наиболее близким аналогом по совокупности существенных признаков и достигаемому положительному эффекту является устройство квадратурного приема частотно-манипулированных сигналов (прототип), реализованное в техническом решении (Патент на изобретение №2247474 от 19.06.2003, МПК7 H04L 27/14. Авторы A.M.Карлов, Е.В.Волхонская). Описанное в прототипе устройство приема частотно-манипулированных сигналов основано на способе квадратурного приема частотно-манипулированных сигналов с дифференцированием получаемых квадратурных составляющих и их последующей обработкой. Функциональная схема данного устройства приема частотно-манипулированных сигналов приведена на фиг.1. и содержит:The closest analogue in terms of the set of essential features and the achieved positive effect is a device for quadrature reception of frequency-manipulated signals (prototype), implemented in a technical solution (Patent for invention No. 227474 from 06/19/2003, IPC7 H04L 27/14. Authors AM Karlov, E. V. Volkhonskaya). The device for receiving frequency-manipulated signals described in the prototype is based on the method of quadrature receiving frequency-manipulated signals with differentiation of the obtained quadrature components and their subsequent processing. The functional diagram of this device receiving frequency-manipulated signals is shown in figure 1. and contains:

1 - блок формирования синфазной составляющей;1 - block forming the in-phase component;

2 - блок формирования квадратурной составляющей;2 - block forming a quadrature component;

3 - блок формирования опорных сигналов;3 - block forming the reference signals;

4 - первая дифференцирующая цепь;4 - the first differentiating circuit;

5 - вторая дифференцирующая цепь;5 - the second differentiating circuit;

6 - первый перемножитель;6 - the first multiplier;

7 - второй перемножитель;7 - the second multiplier;

8 - третий перемножитель;8 - the third multiplier;

9 - вычитающее устройство;9 - subtractive device;

10 - блок тактовой синхронизации;10 - block clock synchronization;

11 - линия задержки;11 - delay line;

12 - четвертый перемножитель;12 - the fourth multiplier;

13 - полосовой усилитель;13 - strip amplifier;

14 - фазовращатель;14 - phase shifter;

15 - фазовой детектор;15 - phase detector;

16 - третий фильтр нижних частот блока опорных сигналов;16 - the third low-pass filter of the block of reference signals;

17 - подстраиваемый генератор опорного сигнала;17 - tunable reference signal generator;

18 - фазовращатель блока опорных сигналов;18 - phase shifter block reference signals;

19 - смесители блоков формирования синфазной и квадратурной составляющих;19 - mixers of the blocks for the formation of in-phase and quadrature components;

20 - фильтры нижних частот блоков формирования синфазной и квадратурной составляющих;20 - low-pass filters of the blocks for the formation of in-phase and quadrature components;

21 - фильтр нижних частот.21 - low pass filter.

Принцип работы данного устройства состоит в следующем: входной сигнал разделяется на два канала и поступает на блок формирования синфазной составляющей 1 и блок формирования квадратурной составляющей 2, на которые с блока формирования опорных сигналов 3 поступают гармонические опорные сигналы. Частота опорных сигналов равна средней частоте принимаемого ЧМ сигнала, а фаза опорного сигнала, подаваемого на блок 2 формирования квадратурной составляющей, отличается на π/2 от фазы опорного сигнала, подаваемого на блок 1 формирования синфазной составляющей. Сдвиг по фазе опорных сигналов осуществляется фазовращателем 18. В блоках 1 и 2 путем перемножения (блоки 19) входного и опорного сигналов и низкочастотной фильтрации (блоки 20) на выходе блоков 1 и 2 получают два квадратурных низкочастотных сигнала. Квадратурные низкочастотные сигналы перемножаются в перемножителе 8, на выходе которого получается сигнал полутактовой частоты

Figure 00000001
, модулированный по фазе информационной последовательностью. Причем сигналы полутактовой частоты при «единичной» и «нулевой» посылках отличаются по фазе на 180° и противоположны на интервале длительности информационной посылки Tn. Сигнал полутактовой частоты с выхода перемножителя 8 подается на вход фазового дискриминатора 15, на второй вход которого с блока тактовой синхронизации 10 подается сигнал полутактовой частоты, сдвинутый по фазе на π/2 в фазовращателе 14. С выхода фазового дискриминатора 15 сигнал подается на последовательно соединенные фильтр нижних частот 16 и перестраиваемый генератор 17 для фазовой автоматической подстройки частоты опорных сигналов.The principle of operation of this device is as follows: the input signal is divided into two channels and fed to the in-phase component generating unit 1 and the quadrature component generating unit 2, to which harmonic reference signals are received from the reference signal generating unit 3. The frequency of the reference signals is equal to the average frequency of the received FM signal, and the phase of the reference signal supplied to the quadrature component generating unit 2 differs by π / 2 from the phase of the reference signal supplied to the in-phase component generating unit 1. The phase shift of the reference signals is carried out by the phase shifter 18. In blocks 1 and 2, by multiplying (blocks 19) the input and reference signals and low-pass filtering (blocks 20), two quadrature low-frequency signals are obtained at the output of blocks 1 and 2. Quadrature low-frequency signals are multiplied in the multiplier 8, the output of which produces a signal half-cycle frequency
Figure 00000001
modulated by phase information sequence. Moreover, the signals of the half-cycle frequency with "single" and "zero" transmissions differ in phase by 180 ° and are opposite in the interval of the duration of the information parcel T n . The half-cycle frequency signal from the output of the multiplier 8 is fed to the input of the phase discriminator 15, the second input of which from the clock synchronization unit 10 is fed with a half-clock signal shifted in phase by π / 2 in the phase shifter 14. From the output of the phase discriminator 15, the signal is fed to a series-connected filter low frequencies 16 and tunable generator 17 for phase automatic tuning of the frequency of the reference signals.

Тактовая синхронизация осуществляется в блоке 10. Сигнал с выхода перемножителя 8 подается на линию задержки 11 манипулированного по фазе сигнала полутактовой частоты на время Тз формирования демодулированного сигнала. Задержанный сигнал полутактовой частоты поступает на первый вход перемножителя 12, на второй вход которого подается сформированный за время задержки демодулированный сигнал с выхода фильтра нижних частот 21. В результате перемножения снимается фазовая манипуляция с задержанного сигнала, и с выхода перемножителя сигнал полутактовой частоты подается на полосовой усилитель 13. С выхода полосового усилителя сигнал полутактовой частоты подается на вход фазовращателя 14.Clock synchronization is performed in block 10. The output of the multiplier 8 is supplied to the delay line 11 polutaktovoy manipulated frequency signal in phase by a time T of forming a demodulated signal. The delayed half-clock frequency signal is fed to the first input of the multiplier 12, to the second input of which a demodulated signal generated during the delay time is supplied from the output of the low-pass filter 21. As a result of multiplication, phase shift keying is removed from the delayed signal, and the half-clock frequency signal is fed from the output of the multiplier to a strip amplifier 13. From the output of the strip amplifier, the half-cycle signal is fed to the input of the phase shifter 14.

Для демодуляции принимаемого ЧМ сигнала сигнал с выхода блоков формирования синфазной 1 и квадратурной 2 составляющих подается на входы дифференцирующих цепей 4 (синфазной составляющей) и 5 (квадратурной составляющей) и на первые входы перемножителей 6 и 7. С выхода дифференцирующих цепей 4 и 5 продифференцированные синфазная и квадратурная составляющие подаются на вторые входы перемножителей 6 и 7 для перемножения синфазной и продифференцированной квадратурной составляющих (блок 7) и перемножении квадратурной составляющей с продифференцированной синфазной составляющей (блок 6). Напряжения с выходов блоков 6 и 7 поступают на вычитающее устройство 9, выходной сигнал с которого фильтруется в блоке 21. Полученный деманипулированный сигнал поступает на второй вход перемножителя 12 блока тактовой синхронизации 10 и одновременно на выход устройства квадратурного приема частотно-манипулированных сигналов (ЧМ).To demodulate the received FM signal, the signal from the output of the in-phase 1 and quadrature 2 components is fed to the inputs of the differentiating circuits 4 (in-phase component) and 5 (the quadrature component) and to the first inputs of the multipliers 6 and 7. From the output of the differentiating circuits 4 and 5, the differentiated in-phase and quadrature components are fed to the second inputs of multipliers 6 and 7 for multiplying the in-phase and differentiated quadrature components (block 7) and multiplying the quadrature component with differentiation inphase component (block 6). The voltages from the outputs of blocks 6 and 7 are fed to a subtractor 9, the output signal from which is filtered in block 21. The received demanipulated signal is fed to the second input of the multiplier 12 of the clock synchronization block 10 and simultaneously to the output of the quadrature receiving device of frequency-manipulated signals (FM).

Недостатком данного устройства является то, что схемотехническое решение данного устройства отличается достаточной сложностью.The disadvantage of this device is that the circuitry of this device is quite complex.

Сущность изобретенияSUMMARY OF THE INVENTION

Предлагаемое устройство квадратурного приема ЧМ сигналов в технической реализации более простое в сравнении с прототипом.The proposed device for quadrature reception of FM signals in technical implementation is simpler in comparison with the prototype.

Функциональная схема предлагаемого устройства квадратурного приема частотно-манипулированных сигналов приведена на фиг.2 и содержит:Functional diagram of the proposed device quadrature reception of frequency-manipulated signals is shown in figure 2 and contains:

1 - блок формирования синфазной составляющей;1 - block forming the in-phase component;

2 - блок формирования квадратурной составляющей;2 - block forming a quadrature component;

3 - блок формирования опорных сигналов;3 - block forming the reference signals;

4 - делитель напряжений;4 - voltage divider;

5 - дифференцирующее устройство;5 - differentiating device;

6 - первый перемножитель;6 - the first multiplier;

7 - второй перемножитель;7 - the second multiplier;

8 - третий перемножитель;8 - the third multiplier;

9 - блок тактовой синхронизации;9 - block clock synchronization;

10 - линия задержки;10 - delay line;

11 - четвертый перемножитель;11 - the fourth multiplier;

12 - полосовой усилитель;12 - strip amplifier;

13 - фазовращатель;13 - phase shifter;

14 - фазовой детектор;14 - phase detector;

15 - первый фильтр нижних частот блока опорных сигналов;15 is a first low-pass filter block reference signals;

16 - подстраиваемый генератор опорного сигнала;16 - tunable reference signal generator;

17 - фазовращатель блока опорных сигналов;17 - phase shifter block of reference signals;

18 - смесители блоков формирования синфазной и квадратурной составляющих;18 - mixers of the blocks for the formation of in-phase and quadrature components;

19 - вторые фильтры нижних частот блоков формирования синфазной и квадратурной составляющих;19 - second low-pass filters of the in-phase and quadrature components;

20 - третий фильтр нижних частот.20 is a third low pass filter.

Временные диаграммы, поясняющие принцип демодуляции частотно-манипулированного сигнала и формирования напряжения полутактовой частоты предлагаемым устройством, приведены на фиг.3.Timing diagrams explaining the principle of demodulation of the frequency-manipulated signal and the formation of voltage half-cycle frequency of the proposed device are shown in Fig.3.

Входной сигнал можно представить суммой ЧМ сигнала и узкополосного шумаThe input signal can be represented as the sum of the FM signal and narrowband noise.

uвх(t)=Amcos[ω0t+φM(t)]+E(t)cos[ω0t+φ(t)],u in (t) = A m cos [ω 0 t + φ M (t)] + E (t) cos [ω 0 t + φ (t)],

где E(t) и φ(t) - случайные огибающая и фаза узкополосного шума;where E (t) and φ (t) are the random envelope and phase of the narrow-band noise;

φM(t)=±ωдt=±βΩMt - изменение фазы сигнала на интервале времени, равном длительности посылки Тп;φ M (t) = ± ω d t = ± βΩ M t is the phase change of the signal over a time interval equal to the duration of the transmission T p ;

ωд - девиация частоты ЧМ сигнала;ω d - the frequency deviation of the FM signal;

ω0 - частота несущего колебания, равная центральной частоте спектра узкополосного шума;ω 0 - the frequency of the carrier oscillation equal to the center frequency of the spectrum of narrow-band noise;

Figure 00000002
- индекс частотной манипуляции;
Figure 00000002
- index of frequency manipulation;

ΩM - частота манипуляции.Ω M is the frequency of manipulation.

Пусть ЧМ сигнал манипулирован информационной последовательностью импульсов напряжения, приведенной на фиг.3, a.Let the FM signal be manipulated by the information sequence of voltage pulses shown in Fig. 3, a.

При приеме частотно-манипулированных сигналов с минимальным сдвигом β=0.5 и

Figure 00000003
за время длительности посылки Тп фаза ЧМ сигнала получает приращение на
Figure 00000004
(фиг.3, b).When receiving frequency-manipulated signals with a minimum shift β = 0.5 and
Figure 00000003
during the duration of the sending T p the phase of the FM signal is incremented by
Figure 00000004
(figure 3, b).

Блоком формирования опорных сигналов формируются гармонические колебания с частотой, равной частоте несущей ЧМ сигнала ω0 и сдвинутые относительно друг друга на

Figure 00000005
The reference signal generation unit generates harmonic oscillations with a frequency equal to the frequency of the FM carrier signal ω 0 and shifted relative to each other by
Figure 00000005

Figure 00000006
;
Figure 00000007
.
Figure 00000006
;
Figure 00000007
.

На выходе блоков формирования синфазной и квадратурной составляющих после смешивания входного сигнала с опорными сигналами и отфильтровывания составляющих с удвоенной частотой 2ω0 получим низкочастотные напряжения синфазной и квадратурной составляющихAt the output of the in-phase and quadrature components, after mixing the input signal with the reference signals and filtering out the components with a double frequency of 2ω 0, we obtain low-frequency voltages of the in-phase and quadrature components

Figure 00000008
,
Figure 00000008
,

Figure 00000009
,
Figure 00000009
,

где Ec(t)=E(t)cosφ(t); Es(t)=E(t)sinφ(t) - квадратурные составляющие шума.where E c (t) = E (t) cosφ (t); E s (t) = E (t) sinφ (t) are the quadrature noise components.

Введем обозначения Есс(t) и Es=Es(t).We introduce the notation E c = E c (t) and E s = E s (t).

Временные диаграммы изменения слагаемых Timing diagrams of changes in terms

Figure 00000010
и
Figure 00000011
Figure 00000010
and
Figure 00000011

приведены на фиг.3, c, d.are shown in figure 3, c, d.

На выходе делителя 4 напряжение можно записать в видеAt the output of the divider 4, the voltage can be written as

Figure 00000012
.
Figure 00000012
.

Временная диаграмма напряжения на выходе делителя в отсутствии шумов приведена на фиг.3, e.The timing diagram of the voltage at the output of the divider in the absence of noise is shown in figure 3, e.

На выходе дифференцирующего устройства 5 напряжение будет равноAt the output of the differentiating device 5, the voltage will be equal to

Figure 00000013
Figure 00000013

где

Figure 00000014
- производная фазы частотно-манипулированного сигнала;Where
Figure 00000014
- derivative of the phase of the frequency-manipulated signal;

Figure 00000015
и
Figure 00000016
- производные синфазной и квадратурной составляющих узкополосного шума.
Figure 00000015
and
Figure 00000016
- derivatives of common-mode and quadrature components of narrow-band noise.

Временная диаграмма напряжения на выходе дифференцирующего устройства приведена на фиг.3, f.The timing diagram of the voltage at the output of the differentiating device is shown in figure 3, f.

На выходе перемножителя 6 имеем напряжение видаAt the output of the multiplier 6 we have a voltage of the form

u5(t)=Am2cos2φM(t)+2AmEccosφM(t)+Ec2.u 5 (t) = A m 2 cos 2 φ M (t) + 2A m E c cosφ M (t) + E c 2 .

На фиг.3, g приведена временная диаграмма напряжения на выходе перемножителя 6.Figure 3, g shows a timing diagram of the voltage at the output of the multiplier 6.

При перемножении сигналов u4(t) и u5(t) на выходе перемножителя 7 получим напряжение видаWhen multiplying the signals u 4 (t) and u 5 (t) at the output of the multiplier 7, we obtain a voltage of the form

Figure 00000017
Figure 00000017

Первое слагаемое в напряжении u6(t) является информационным, его временная диаграмма приведена на фиг.3, h. При передаче «единичной» и «нулевой» посылок оно принимает значение ±Am2ωд. Остальные слагаемые в выражении u6(t) определяют шумы на выходе устройства квадратурного приема ЧМ сигналов.The first term in the voltage u 6 (t) is informational, its timing diagram is shown in figure 3, h. When transmitting “single” and “zero” parcels, it takes the value ± A m 2 ω d . The remaining terms in the expression u 6 (t) determine the noise at the output of the device for quadrature reception of FM signals.

Для формирования полутактовой частоты синфазная и квадратурная составляющие перемножаются в третьем перемножителе (блок 8) и в результате перемножения получается напряжениеTo form a half-cycle frequency, the in-phase and quadrature components are multiplied in the third multiplier (block 8) and as a result of multiplication, a voltage is obtained

Figure 00000018
Figure 00000018

Как видно из временной диаграммы (фиг.3, i), первое слагаемое в u7(t) является сигналом полутактовой частоты, манипулированным по фазе информационной последовательностью.As can be seen from the timing diagram (figure 3, i), the first term in u 7 (t) is a half-cycle frequency signal, phase-manipulated information sequence.

Напряжение u7(t) с выхода третьего перемножителя 8 подается на вход линии задержки 10 для задержки фазоманипулированного сигнала полутактовой частоты на время Тз формирования демодулированного сигнала. Задержанный фазоманипулированный информационной последовательностью сигнал полутактовой частоты поступает на первый вход четвертого перемножителя 11, на второй вход которого подается сформированный за время задержки демодулированный сигнал с выхода фильтра нижних частот 20. В результате перемножения демодулированного сигнала и задержанного фазоманипулированного сигнала полутактовой частоты в четвертом перемножителе 11 фазовая манипуляция информационной последовательностью снимается и на выходе перемножителя получается напряжение 7 voltage u (t) output from the third multiplier 8 is supplied to the input of the delay line 10 for delaying the phase manipulated polutaktovoy signal frequency for the time T of forming a demodulated signal. The phase-delayed phase-manipulated signal of the half-cycle frequency signal is fed to the first input of the fourth multiplier 11, the second input of which is supplied with a demodulated signal generated during the delay time from the output of the low-pass filter 20. As a result of multiplying the demodulated signal and the delayed phase-shifted signal of the half-cycle frequency in the fourth multiplier 11, phase manipulation information sequence is removed and at the output of the multiplier it turns out tense Ie

Figure 00000019
Figure 00000019

Первое слагаемое в u8(t) является сформированным сигналом полутактовой частоты (фиг.3, j). С выхода четвертого перемножителя 11 сигнал полутактовой частоты усиливается и фильтруется в полосовом усилителе 12, с выхода которого подается на вход фазовращателя 13. С выхода фазовращателя отфильтрованный сигнал полутактовой частоты подается на второй вход фазового дискриминатора 14 для сравнения с фазоманипулированным сигналом полутактовой частоты. Сигнал рассогласования с выхода фазового дискриминатора 14 подается на вход фильтра нижних частот блока опорных сигналов 15, на выходе которого выделяется напряжение, пропорциональное отклонению по частоте и фазе колебания подстраиваемого генератора опорного сигнала 16 от частоты несущей входного ЧМ сигнала. С выхода подстраиваемого генератора 16 сигнал подается на второй вход смесителя 19 блока формирования синфазной составляющей 1 и через фазовращатель - на

Figure 00000020
17 на второй вход смесителя 19 блока формирования квадратурной составляющей 2.The first term in u 8 (t) is the generated half-cycle frequency signal (Fig. 3, j). From the output of the fourth multiplier 11, the half-cycle frequency signal is amplified and filtered in a strip amplifier 12, the output of which is fed to the input of the phase shifter 13. From the output of the phase shifter, the filtered half-cycle frequency signal is fed to the second input of the phase discriminator 14 for comparison with the phase-manipulated half-cycle signal. The mismatch signal from the output of the phase discriminator 14 is fed to the input of the low-pass filter of the reference signal block 15, the output of which is allocated a voltage proportional to the deviation in frequency and phase of the oscillation of the adjustable generator of the reference signal 16 from the carrier frequency of the input FM signal. From the output of the tunable generator 16, the signal is supplied to the second input of the mixer 19 of the in-phase component forming unit 1 and through the phase shifter to
Figure 00000020
17 to the second input of the mixer 19 of the block forming the quadrature component 2.

Помехоустойчивость предлагаемого устройства квадратурного приема частотно-манипулированных сигналов определяется отношением амплитуды импульсов на выходе фильтра нижних частот 20 при приеме «единичной» и «нулевой» посылок к среднеквадратическому значению шума.The noise immunity of the proposed device quadrature reception of frequency-manipulated signals is determined by the ratio of the amplitude of the pulses at the output of the low-pass filter 20 when receiving a "single" and "zero" parcels to the rms value of the noise.

В соответствии с напряжением u6(t) амплитуду информационных импульсов можно принять равной uп=±Am2ωд. Среднеквадратическое значение шума будет определяться шумовыми составляющими в напряжении u6(t)In accordance with the voltage u 6 (t), the amplitude of the information pulses can be taken equal to u p = ± A m 2 ω d . The rms value of the noise will be determined by the noise components in the voltage u 6 (t)

Figure 00000021
Figure 00000021

Для оценки помехоустойчивости предлагаемого устройства квадратурного приема ЧМ сигналов определим функцию корреляции и энергетический спектр шума на выходе перемножителя 7 и отношение сигнал/шум на выходе фильтра нижних частот 20.To assess the noise immunity of the proposed device for quadrature receiving FM signals, we determine the correlation function and the noise energy spectrum at the output of the multiplier 7 and the signal-to-noise ratio at the output of the low-pass filter 20.

Для функции корреляции шума можно записатьFor the noise correlation function, we can write

kш(τ)=〈uш(t)uш(t+τ)〉,k w (τ) = 〈u w (t) u w (t + τ)〉,

где 〈 〉 - угловые скобки обозначают операцию усреднения.where 〈〉 - angle brackets denote the averaging operation.

В результате несложных, но громоздких преобразований для функции корреляции шума получимAs a result of simple but cumbersome transformations for the noise correlation function, we obtain

Figure 00000022
Figure 00000022

где

Figure 00000023
- дисперсия узкополосного шума; ρ(τ) - коэффициент корреляции квадратурных составляющих шума.Where
Figure 00000023
- dispersion of narrowband noise; ρ (τ) is the correlation coefficient of the quadrature noise components.

При получении формулы для функции корреляции шума учтено, что квадратурные составляющие входного шума Ec(t) и Es(t) являются нормальными случайными процессами с функцией корреляции

Figure 00000024
, а также учтены равенстваWhen obtaining the formula for the noise correlation function, it was taken into account that the quadrature components of the input noise E c (t) and E s (t) are normal random processes with a correlation function
Figure 00000024
as well as equalities

Figure 00000025
;
Figure 00000025
;

Figure 00000026
;
Figure 00000026
;

Figure 00000027
;
Figure 00000027
;

Figure 00000028
,
Figure 00000028
,

где

Figure 00000029
;
Figure 00000030
.Where
Figure 00000029
;
Figure 00000030
.

Энергетический спектр шума можно вычислить по формуле преобразования Винера-ХинчинаThe energy spectrum of noise can be calculated by the Wiener-Khinchin transformation formula

Figure 00000031
Figure 00000031

Будем считать, что шум на входе устройства квадратурного приема ЧМ сигналов имеет гауссовскую спектральную плотность. Тогда коэффициент корреляции квадратурных составляющих входного шума будет равенWe assume that the noise at the input of the quadrature FM reception device has a Gaussian spectral density. Then the correlation coefficient of the quadrature components of the input noise will be equal to

Figure 00000032
.
Figure 00000032
.

Первая и вторая производные от коэффициента корреляции квадратурных составляющих шума равны соответственноThe first and second derivatives of the correlation coefficient of the quadrature noise components are equal, respectively

Figure 00000033
;
Figure 00000033
;

Figure 00000034
.
Figure 00000034
.

После вычисления преобразования Винера-Хинчина от функции корреляции выходного шума для спектральной плотности шума получимAfter calculating the Wiener-Khinchin transform on the correlation function of the output noise for the spectral density of the noise, we obtain

Figure 00000035
Figure 00000035

Введем отношение сигнал/шум на входе устройства квадратурного приема ЧМ сигналов как

Figure 00000036
.We introduce the signal-to-noise ratio at the input of the quadrature FM reception device as
Figure 00000036
.

Тогда выражение для спектральной плотности шума имеет видThen the expression for the noise spectral density has the form

Figure 00000037
Figure 00000037

Будем считать, что полоса пропускания усилителя промежуточной частоты УПЧ выбирается из условия We assume that the passband of the amplifier of the intermediate frequency amplifier is selected from the condition

Figure 00000038
.
Figure 00000038
.

Введем нормированную к полосе пропускания частоту

Figure 00000039
, нормированную частоту девиации вида
Figure 00000040
и нормированную частоту манипуляции
Figure 00000041
. Тогда выражение для спектральной плотности выходного шума имеет видWe introduce a frequency normalized to the passband
Figure 00000039
normalized frequency of deviation of the species
Figure 00000040
and normalized frequency of manipulation
Figure 00000041
. Then the expression for the spectral density of the output noise has the form

Figure 00000042
Figure 00000042

На фиг.4 приведены графики зависимости нормированной к величине

Figure 00000043
спектральной плотности выходного шума
Figure 00000044
при различных отношениях сигнал/шум a 2 и β=0.5 от нормированного к полосе пропускания УПЧ значения частоты.Figure 4 shows graphs of the normalized to the value
Figure 00000043
output noise spectral density
Figure 00000044
at various signal-to-noise ratios a 2 and β = 0.5 from the frequency value normalized to the passband of the IF amplifier.

Из графиков видно, что в области низких частот

Figure 00000045
спектральная плотность шума имеет квадратичную зависимость от частоты.The graphs show that in the low-frequency region
Figure 00000045
spectral noise density has a quadratic dependence on frequency.

Выражение для спектральной мощности шума на выходе предлагаемого устройства аналогично полученному выражению энергетического спектра шума для прототипа, следовательно, помехоустойчивость предлагаемого устройства не уступает помехоустойчивости заявленного прототипа.The expression for the noise spectral power at the output of the proposed device is similar to the obtained expression of the noise energy spectrum for the prototype, therefore, the noise immunity of the proposed device is not inferior to the noise immunity of the claimed prototype.

При определении мощности шума на выходе фильтра нижних частот 20 будем считать, что он имеет идеальную амплитудно-частотную характеристику с полосой пропускания ΩM. В этом случае мощность шума на выходе можно получить проинтегрировав Sш(x) в пределах нормированной полосы пропускания ФНЧ xM.When determining the noise power at the output of the low-pass filter 20, we assume that it has an ideal amplitude-frequency characteristic with a passband Ω M. In this case, the noise power at the output can be obtained by integrating S w (x) within the normalized passband of the low-pass filter x M.

Figure 00000046
Figure 00000046

Введем отношение сигнал/шум по мощности на входе устройства квадратурного приема ЧМ сигналов, пересчитанное к полосе пропускания ΩM фильтра нижних частот 20 как

Figure 00000047
.Let us introduce the signal power to noise ratio at the input of the quadrature FM reception device, recalculated to the passband Ω M of the low-pass filter 20 as
Figure 00000047
.

Тогда для отношения амплитуды импульса демодулированного сигнала к среднеквадратическому значению шума на выходе предлагаемого устройства квадратурного приема ЧМ сигналов получимThen, for the ratio of the amplitude of the pulse of the demodulated signal to the rms value of the noise at the output of the proposed device for quadrature reception of FM signals, we obtain

Figure 00000048
Figure 00000048

На фиг.5 приведены графики зависимости отношения сигнал/шум на выходе устройства квадратурного приема ЧМ сигналов от отношения сигнал/шум а Ω2 на его входе при β=0.5.Figure 5 shows graphs of the dependence of the signal-to-noise ratio at the output of the device for quadrature receiving FM signals from the signal-to-noise ratio a Ω 2 at its input at β = 0.5.

Из графиков видно, что данная зависимость является практически линейной и не обладает явно выраженными пороговыми свойствами, как это имеет место для обычного частотного детектора.It can be seen from the graphs that this dependence is almost linear and does not have pronounced threshold properties, as is the case for a conventional frequency detector.

В предлагаемом устройстве приема ЧМ сигналов на его выходе формируются противоположные сигналы при передаче «единичной» и «нулевой посылок», а спектральная плотность шума и мощность шума не меняется. В этом случае вероятность ошибки при приеме элементарной посылки будет определяться формулой /1/In the proposed device for receiving FM signals, opposite signals are formed at its output when transmitting a “single” and “zero premises”, and the spectral noise density and noise power does not change. In this case, the probability of error when receiving an elementary parcel will be determined by the formula / 1 /

Figure 00000049
,
Figure 00000049
,

где

Figure 00000050
- интеграл вероятности.Where
Figure 00000050
is the probability integral.

Вероятность ошибки в приеме элементарной посылки при оптимальном когерентном приеме ортогональных частотно-манипулированных сигналов (β=0.5) определяется формулой /1/The probability of an error in the reception of an elementary packet with optimal coherent reception of orthogonal frequency-manipulated signals (β = 0.5) is determined by the formula / 1 /

Figure 00000051
.
Figure 00000051
.

Результаты расчетов вероятности ошибочного приема элементарных посылок при оптимальном когерентном приеме ЧМ сигналов (кривая 2) и предлагаемом устройстве квадратурного приема ЧМ сигналов (кривая 1) приведены на фиг.6.The results of calculating the probability of erroneous reception of elementary premises at the optimal coherent reception of FM signals (curve 2) and the proposed device for quadrature reception of FM signals (curve 1) are shown in Fig.6.

Из приведенных зависимостей видно, что при отношении сигнал/шум на входе a Ω〉 5 дБ предлагаемое устройство квадратурного приема ЧМ сигналов обеспечивает помехоустойчивость выше, чем при оптимальном когерентном приеме. Это объясняется, во-первых, тем, что в предлагаемом устройстве ортогональные ЧМ сигналы на его входе преобразуются в противоположные на его выходе, а во-вторых, тем, что при дифференцировании отношения квадратурных составляющих спектральная плотность шума на нижних частотах имеет параболическую зависимость, и мощность шума на выходе фильтра нижних частот (блок 20) получается незначительной.It can be seen from the above dependences that, with a signal-to-noise ratio at the input a Ω 〉 5 dB, the proposed device for quadrature reception of FM signals provides noise immunity higher than with optimal coherent reception. This is explained, firstly, by the fact that in the proposed device the orthogonal FM signals at its input are converted into opposite ones at its output, and secondly, by differentiating the ratios of the quadrature components, the spectral noise density at low frequencies has a parabolic dependence, and the noise power at the output of the low-pass filter (block 20) is negligible.

Список использованных источниковList of sources used

1. В.И.Тихонов. Оптимальный прием сигналов. - М.: Радио и связь, 1983, 320 с.1. V.I. Tikhonov. Optimum signal reception. - M .: Radio and communications, 1983, 320 p.

2. В.И.Тихонов, Н.К.Кульман. Нелинейная фильтрация и квазикогерентный прием сигналов. - М.: Сов. радио, 1975, 704 с.2. V.I. Tikhonov, N.K. Kulman. Nonlinear filtering and quasi-coherent signal reception. - M .: Owls. Radio, 1975, 704 pp.

3. Л.Я.Кантор, В.М.Дорофеев. Помехоустойчивость приема ЧМ сигналов. - М.: Связь, 1977, 336 с.3. L.Ya. Kantor, V.M. Dorofeev. Immunity to receiving FM signals. - M .: Communication, 1977, 336 p.

4. Авиационные и радиосвязные устройства. Под ред. В.И.Тихонова. - Изд. ВВИА им. проф. Н.Е.Жуковского, 1986, 442 с.4. Aviation and radio communication devices. Ed. V.I. Tikhonova. - Ed. VVIA them. prof. N.E. Zhukovsky, 1986, 442 p.

5. В.И.Тихонов. Статистическая радиотехника. - М.: Сов. радио, 1966, 678 с.5. V.I. Tikhonov. Statistical radio engineering. - M .: Owls. radio, 1966, 678 p.

6. И.С.Градштейн, И.М.Рыжик. Таблицы интегралов, сумм, рядов и произведений. - М.: Наука, 1971, 1108 с.6. I.S. Gradstein, I.M. Ryzhik. Tables of integrals, sums, series and products. - M .: Nauka, 1971, 1108 p.

Claims (1)

Устройство квадратурного приема частотно-манипулированных сигналов, содержащее блок формирования синфазной составляющей и блок формирования квадратурной составляющей, включающие последовательно соединенные смесители и фильтры нижних частот, причем первые входы смесителей соединены вместе и являются входом устройства квадратурного приема частотно-манипулированных сигналов, а выходы фильтров нижних частот соединены со входами третьего перемножителя, один выход которого соединен с первым входом фазового детектора блока формирования опорных сигналов, включающего последовательное соединенные фазовый детектор, первый фильтр нижних частот, подстраиваемый генератор опорного сигнала и фазовращатель, выход которого соединен со вторым входом смесителя блока формирования квадратурной составляющей, а выход подстраиваемого генератора опорного сигнала подключен ко второму входу смесителя блока формирования синфазной составляющей, второй выход третьего перемножителя подключен ко входу последовательно соединенных линии задержки, четвертого перемножителя, полосового усилителя и фазовращателя блока тактовой синхронизации, выход которого подключен ко второму входу фазового детектора блока формирования опорных сигналов, второй вход четвертого перемножителя блока тактовой синхронизации соединен с выходом третьего фильтра нижних частот, являющегося выходом устройства квадратурного приема частотно-манипулированных сигналов, отличающееся тем, что выход фильтра нижних частот блока формирования синфазной составляющей соединен с первым входом делителя напряжений и с первым и вторым входом первого перемножителя, а выход фильтра нижних частот блока формирования квадратурной составляющей соединен со вторым входом делителя напряжений, выход которого соединен со входом последовательно подключенных дифференцирующего устройства, второго перемножителя и третьего фильтра нижних частот, выход которого является выходом устройства квадратурного приема частотно-манипулированных сигналов. A quadrature device for receiving frequency-manipulated signals, comprising a common-mode component generating unit and a quadrature component generating unit, including series-connected mixers and low-pass filters, the first inputs of the mixers being connected together and being the input of the quadrature receiving device for frequency-manipulated signals, and the low-pass filter outputs connected to the inputs of the third multiplier, one output of which is connected to the first input of the phase detector of the block is formed a reference signal, including a series-connected phase detector, a first low-pass filter, an adjustable reference signal generator and a phase shifter, the output of which is connected to the second input of the mixer of the quadrature component generation unit, and the output of the adjustable reference signal generator is connected to the second input of the mixer of the in-phase component formation unit, the second output of the third multiplier is connected to the input of the series-connected delay line, the fourth multiplier, strip the amplifier and the phase shifter of the clock synchronization unit, the output of which is connected to the second input of the phase detector of the reference signal generating unit, the second input of the fourth multiplier of the clock synchronization unit is connected to the output of the third low-pass filter, which is the output of the quadrature reception device of the frequency-manipulated signals, characterized in that the output the low-pass filter of the common-mode component forming unit is connected to the first input of the voltage divider and to the first and second input of the first trans multiplier, and the output of the lowpass filter block forming the quadrature component is connected to the second input voltage divider whose output is connected to the input of the differentiating device connected in series, the second multiplier and the third low pass filter whose output is an output device receiving the quadrature FSK signals.
RU2010131502/09A 2010-07-27 2010-07-27 Device of quadrature reception of frequency-manipulated signals RU2425457C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2010131502/09A RU2425457C1 (en) 2010-07-27 2010-07-27 Device of quadrature reception of frequency-manipulated signals

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2010131502/09A RU2425457C1 (en) 2010-07-27 2010-07-27 Device of quadrature reception of frequency-manipulated signals

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2425457C1 true RU2425457C1 (en) 2011-07-27

Family

ID=44753698

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2010131502/09A RU2425457C1 (en) 2010-07-27 2010-07-27 Device of quadrature reception of frequency-manipulated signals

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2425457C1 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2628206C1 (en) * 2016-03-21 2017-08-15 Акционерное общество "Концерн воздушно-космической обороны "Алмаз - Антей" Device for reception of frequency-manipulated signals
RU2709182C1 (en) * 2019-08-28 2019-12-17 Акционерное общество "Концерн "Созвездие" Method of selecting a signal with frequency shift modulation using quadrature components and compensation of combination components
RU2723300C1 (en) * 2019-08-05 2020-06-09 Акционерное общество "Концерн "Созвездие" Method of signal separation with frequency shift modulation and compensation of combination components

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2628206C1 (en) * 2016-03-21 2017-08-15 Акционерное общество "Концерн воздушно-космической обороны "Алмаз - Антей" Device for reception of frequency-manipulated signals
RU2723300C1 (en) * 2019-08-05 2020-06-09 Акционерное общество "Концерн "Созвездие" Method of signal separation with frequency shift modulation and compensation of combination components
RU2709182C1 (en) * 2019-08-28 2019-12-17 Акционерное общество "Концерн "Созвездие" Method of selecting a signal with frequency shift modulation using quadrature components and compensation of combination components
WO2021040561A1 (en) * 2019-08-28 2021-03-04 Joint-Stock Company "Concern "Sozvezdie" Method for signal extraction with frequency shift keying using square components and compensation of combination components

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9137081B2 (en) Satellite navigational signal generating method generating device receiving method and receiving device
US6205169B1 (en) Spread spectrum pulse position modulation communication system
CA2281236C (en) Direct conversion rf schemes using a virtually generated local oscillator
EP2924899A1 (en) Constant envelope signal generation method and device, and receiving method and device for double-frequency four-component spread spectrum signals
JPS5911226B2 (en) Data communication method using angle-modulated carrier wave with constant amplitude
KR20160107239A (en) Combined amplitude-time modulation and phase modulation
WO2021093492A1 (en) Modulator, demodulator and wireless communication system
RU2425457C1 (en) Device of quadrature reception of frequency-manipulated signals
US8965290B2 (en) Amplitude enhanced frequency modulation
JPS644707B2 (en)
Boiko et al. Farrow Interpolator Features in QPSK Telecommunication Devices
CN112152956B (en) Single-sideband demodulation method for baseband signal tracking
RU2247474C1 (en) Device for quadrature reception of frequency-keyed signals
RU2192101C2 (en) Method for quadrature reception of frequency- keyed signals with minimal shift
Lee et al. A 32-Gb/s CMOS receiver with analog carrier recovery and synchronous QPSK demodulation
JP4214635B2 (en) Digital radio equipment
Purkayastha et al. A digital phase locked loop for Nakagami-m fading channels using QPSK modulation scheme
CN108600138B (en) Carrier synchronization method for radar communication integrated receiver
RU2782450C1 (en) Method for demodulating signals with relative phase manipulation
US10498354B1 (en) Amplitude modulation system and apparatus
US20070018717A1 (en) Method and device for demodulating a phase modulated signal
Nikitin et al. Aggregate spread pulse modulation in LPWANs for IoT applications
JP4520365B2 (en) Wireless communication method
RU2522692C1 (en) Radio receiver with autocorrelation separation of frequency-shift keyed continuous-phase signal transmissions
RU2781271C1 (en) Amplitude shift keying demodulator

Legal Events

Date Code Title Description
PD4A Correction of name of patent owner
PC43 Official registration of the transfer of the exclusive right without contract for inventions

Effective date: 20130726

QA4A Patent open for licensing

Effective date: 20130816

PC43 Official registration of the transfer of the exclusive right without contract for inventions

Effective date: 20130809

MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20180728