способ и устройство восстановления частнотно- модулированного сигнала
Классы МПК: | H03D3/00 Демодуляция частотно- и фазо-модулированных колебаний H04L27/14 схемы демодуляторов |
Автор(ы): | Кевин Брюс Трэйлор (US) |
Патентообладатель(и): | Моторола, Инк. (US) |
Приоритеты: |
подача заявки:
1994-08-22 публикация патента:
20.09.1998 |
Преложены устройство и способ восстановления частотно-модулированного сигнала, имеющего первую компоненту частотно-модулированного сигнала на спектральном участке нулевой РЧ и вторую компоненту частотно-модулированного сигнала на спектральном участке нулевой РЧ, находящуюся в квадратурной зависимости с первой компонентой. Способ включает в себя операции преобразования с повышением частоты и суммирования первой и второй компонент для получения опорного сигнала, временной задержки первой и второй компонент, преобразования с повышением частоты и суммирования задержанных преобразованных с повышением частоты первой и второй компонент для получения задержанного опорного сигнала, находящегося в квадратурной зависимости с опорным сигналом, ограничения опорного и задержанного сигнала и детектирования ограниченного опорного сигнала с использованием задержанного опорного сигнала. Технический результат, который может быть получен, заключается в повышении достоверности воспроизведения входного аудиосигнала. 2 с. и 6 з.п.ф-лы, 4 ил.
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4
Формула изобретения
1. Способ восстановления частотно-модулированного сигнала, заключающийся в том, что из частотно-модулированного сигнала формируют первую компоненту на нулевой радиочастоте и вторую компоненту на нулевой радиочастоте, находящуюся в квадратурной зависимости с первой компонентой, повышают частоту каждой из компонент, суммируют их, формируя опорный сигнал, ограничивают опорный сигнал и детектируют его, отличающийся тем, что опорный сигнал детектируют с использованием задержанного опорного сигнала, находящегося с ним в квадратурной зависимости, который формируют путем временной задержки первой и второй компонент на нулевой радиочастоте, повышения частоты на каждой из задержанных компонент, суммирования их, формируя при этом задержанный опорный сигнал, и ограничения задержанного опорного сигнала. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что детектирование ограниченного опорного сигнала с использованием ограниченного задержанного опорного сигнала осуществляют посредством элемента Исключающее ИЛИ. 3. Способ по одному из пп.1 и 2, отличающийся тем, что частоту каждой из компонент повышают с использованием симметричного балансного смесителя. 4. Способ по п.3, отличающийся тем, что повышение частоты каждой из компонент и их суммирование при использовании симметричного балансного смесителя производят умножением первой компоненты на сигнал, преобразующий с повышением частоты, для получения первого произведения, второй компоненты на квадратурный сигнал, преобразующий с повышением частоты, для получения второго произведения, и суммированием первого и второго произведений в опорный сигнал. 5. Способ по п.3, отличающийся тем, что повышение частоты каждой из задержанных компонент и их суммирование при использовании симметричного балансного смесителя производят умножением первой задержанной компоненты на дополнительный сигнал, преобразующий с повышением частоты, для получения первого произведения, умножением второй задержанной компоненты на дополнительный сигнал, преобразующий с повышением частоты, для получения второго произведения, и суммированием первого и второго произведений с получением задержанного опорного сигнала. 6. Устройство восстановления частотно-модулированного сигнала в приемнике с прямым преобразованием, включающее блок, формирующий из входного частотно-модулированного сигнала первый и второй сигналы на нулевой радиочастоте, находящиеся в квадратурной зависимости, повышающий преобразователь, преобразующий первый и второй сигналы на нулевой радиочастоте и формирующий опорный сигнал, ограничитель, подключенный к выходу повышающего преобразователя, и детектор, отличающееся тем, что дополнительно вводят блок, задерживающий первый и второй сигналы, преобразующий с повышением частоты задержанные первый и второй сигналы на нулевой радиочастоте и формирующий задержанный опорный сигнал, находящийся в квадратуре с опорным сигналом, когда частотно-модулированный сигнал не модулирован, к выходу которого подключен дополнительный ограничитель, при этом детектор выполнен в виде элемента Исключающее ИЛИ, входы которого подключены к выходам ограничителя и дополнительного ограничителя соответственно. 7. Устройство по п.6, отличающееся тем, что повышающий преобразователь выполнен по схеме симметричного балансного смесителя и включает в себя два перемножителя, сумматор, входы которого подключены к выходам перемножителей, и генератор, при этом первые входы перемножителей являются входами для подачи соответственно первого и второго сигналов на нулевой радиочастоте, а вторые входы соединены с выходами квадратурных сигналов генератора, преобразующих с повышением частоты. 8. Устройство по одному из пп.6 и 7, отличающееся тем, что блок, задерживающий первый и второй сигналы, преобразующий с повышением частоты первый и второй сигналы на нулевой радиочастоте и формирующий задержанный опорный сигнал, находящийся в квадратуре с опорным сигналом, когда частотно-модулированный сигнал не модулирован, содержит блок задержки, принимающий и задерживающий первый и второй сигналы на нулевой радиочастоте и формирующий задержанные первый и второй сигналы, симметричный балансный смеситель, подключенный к блоку задержки и содержащий умножители, сумматор, входы которого подключены входам первого и второго умножителей, и генератор, причем на первые входы умножителей поступают задержанные первый и второй сигналы соответственно, а вторые входы умножителей соединены с выходами квадратурных сигналов генератора, преобразующих с повышением частоты.Описание изобретения к патенту
Данное изобретение касается частотно-модулированных радиосигналов и в частности способа восстановления частотно-модулированного (ЧМ) сигнала. Предшествующий уровень техники. Способы восстановления ЧМ-сигналов с использованием радиоприемников с прямым преобразованием известны. Такие способы традиционно включают смещение сигнала, принятого на частоте несущей приемником (фиг.1), из выбранного канала на промежуточную частоту (ПЧ), преобразование ПЧ-сигнала в волну в виде меандра и прямое преобразование в восстановленный аудиосигнал посредством подачи волны в виде меандра и варианта волны с задержкой в виде меандра на квадратный детектор (например, логический элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ). Такой радиоприемник (фиг. 1) может быть использован в сотовой системе связи, работающей в полосе пропускания 800 - 900 МГц, декодирующей сигналы с интервалом между каналами связи 25 кГц. В такой системе полностью модулированный ЧМ-сигнал будет отклоняться от средней точки частоты несущей канала связи на![способ и устройство восстановления частнотно- модулированного сигнала, патент № 2119240](/images/patents/352/2119103/177.gif)
![способ и устройство восстановления частнотно- модулированного сигнала, патент № 2119240](/images/patents/352/2119103/177.gif)
![способ и устройство восстановления частнотно- модулированного сигнала, патент № 2119240](/images/patents/352/2119103/177.gif)
фиг. 1 изображает блок-схему традиционного ЧМ-приемника,
фиг. 2 - технологическую схему детектирования ЧМ-сигнала в соответствии с вариантом изобретения,
фиг. 3 - блок-схему ЧМ-приемника согласно варианту изобретения,
фиг. 4 - график квадратурных компонент ЧМ-сигнала на пулевой РЧ. Лучший вариант осуществления изобретения. Решение проблемы надежной задержки ЧМ-сигнала перед детектированием лежит, в принципе, в исключении задержки волны в виде меандра в секции ПЧ и создании более надежного средства задержки сигнала в секции нулевой РЧ перед повышающим преобразователем. Перемещение средства задержки в секцию нулевой РЧ позволяет использовать узкополосные фильтры низких частот в качестве средств задержки. На фиг. 2 представлена технологическая схема задержки ЧМ-сигнала и детектирования в соответствии с изобретением. Для лучшего понимания изобретения будет приводится ссылка на фиг. 2. На фиг. 3 представлена блок-схема ЧМ-приемника, обозначенного позицией 10, согласно варианту изобретения. В приемник 10 включен полосовой фильтр 11 и первый локальный генератор 13 для смещения принятого сигнала на опорную полосу, причем указанные элементы известны из уровня техники. Полосовой фильтр 11 позволяет реализовать способ изоляции искомого сигнала в выбранном канале от других сигналов в других каналах в рамках указанного подспектра. Первый локальный генератор 13 является средством транспортирования частоты принятого сигнала из избранного канала в состояние нулевой РЧ на выходах смесителей 12 и 14. Смешение принятого сигнала с квадратурными выходными сигналами первого локального генератора 13 в смесителях 12 и 14 является средством выработки квадратурных (первой и второй) компонент ЧМ-сигнала на нулевой РЧ (изображены как сигналы 31 и 32, соответственно, на фиг. 4). В приемнике 10 первая и вторая компоненты ЧМ-сигнала обрабатываются по первому и второму сигнальным трактам для выработки опорного сигнала и опорного сигнала с задержкой. Затем опорный сигнал и опорные сигналы с задержкой ограничиваются и подаются на детектор. В приемнике 10 (на первом сигнальном тракте) создается опорный сигнал, напоминающий волну в виде меандра, на выходе ограничителя 26 за счет смешения в смесителях 15, 16 первой и второй компонент ЧМ-сигнала с квадратурными выходными сигналами второго локального генератора 18, суммирования смешанных сигналов в сумматоре 17 и ограничения в ограничителе 26. Смещение первой и второй компонент ЧМ-сигнала на нулевой РЧ с квадратурными выходными сигналами (Sin (W2)t и cos (W2)t) на промежуточной частоте (например, 131 кГц) в смесителях 15 и 16 служит для преобразования с повышением частоты первой и второй компонент ЧМ-сигнала в ПЧ-состояние при сохранении квадратурной зависимости преобразования с повышением частоты первого и второго сигналов. Суммирование квадратурно-зависимых сигналов в ПЧ-состоянии в сумматоре 17 дает суммированный выходной сигнал, который напоминает волну в виде меандра с двухгорбным верхом. Ограничение в ограничителе 26 завершает процесс формирования волны в виде меандра. В приемнике 10 (на втором сигнальном тракте) создается преобразованный с повышением частоты сигнал с задержкой, напоминающий волну в виде меандра, на выходе ограничителя 25 посредством задержки первой и второй компонент ЧМ-сигнала на нулевой РЧ в средствах задержки 19- 20 перед повышающим преобразованием в смесителях 21- 22, суммирования в сумматоре 23 и ограничения в ограничителе 25. Поскольку задержка сигнала согласно изобретению происходит в состоянии нулевой РЧ, для средств задержки используются простые фильтры низких частот 19-20. Для обеспечения достаточной задержки фильтры низких частот 19 и 20 должны быть достаточно широкими, чтобы пропускать первую и вторую компоненты ЧМ-сигнала на нулевой РЧ, обеспечивая в то же время линейный фазовый сдвиг по ширине полосы первой и второй компонент. После фазового сдвига ЧМ-сигнала на нулевой РЧ осуществляется преобразование с повышением частоты сигналов с задержкой при использовании квадратурных выходных сигналов второго локального генератора 18 ( квадратурные выходные сигналы, используемые для повышающего преобразования на втором сигнальном тракте, выбираются со смещением фазы на 180 градусов относительно квадратурных выходных сигналов, использованных на первом сигнальном тракте). После преобразования с повышением частоты на втором сигнальном тракте преобразованные сигналы суммируются в сумматоре 23. Суммированный сигнал в дальнейшем ограничивается с целью сформировать волну в виде меандра в ограничителе 25. Восстановление аудиоинформации в детекторе 24 приемника 10 осуществляется посредством сравнения ограниченного опорного сигнала с ограниченным преобразованным с повышением частоты сигналом с задержкой в детекторе 24 (логический элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ). Точная зависимость между ограниченным опорным сигналом и ограниченным преобразованным с повышением частоты сигналом с задержкой обеспечивается за счет использования квадратурных выходных сигналов локальных генераторов 13 и 18 и надежных средств временной задержки 19-20. Поскольку средства временной задержки 19-20 работают на опорной полосе (нулевой РЧ) вместо ПЧ, значительное время задержки легко обеспечивается с помощью простого линейного фазового фильтра низких частот. Представляется важным получить большое время задержки, поскольку уровень восстановленного аудиосигнала прямо пропорционален временной задержке. ЧМ-приемники, выполненные согласно данному изобретению, фактически обеспечивают уровни выходных аудиосигналов, превышающие в три-четыре раза уровни известных ЧМ-приемников. Фазовый сдвига на 90o между ограниченным опорным сигналом и ограниченным преобразованным с повышением частоты сигналом с задержкой достигается за чет квадратурной зависимости между умножающими сигналами повышающего преобразователя. Квадратурная зависимость между ограниченным опорным сигналом и ограниченным преобразованным с повышением частоты сигналом с задержкой (первой и второй компонентами ЧМ-сигнала опорной полосы) поддерживается цепью обратной связи, регулирующей квадратурные выходы локальных генераторов в пределах погрешности величиной менее одного градуса. Переключающие смесители могут использоваться в преобразователе с повышением частоты для обеспечения волны в виде меандра в качестве умножающего сигнала. Квадратурные волны в виде меандра легко генерируются в диапазоне 1 МГц с триггерами задержки, имеющими фазовую погрешность намного меньше одного градуса. Поскольку фазовый сдвиг на 90o определяется двумя очень точными источниками, в устройстве согласно данному изобретению отсутствуют изменения выходного напряжения, вызванные изменением фазового сдвига, что характерно для традиционных квадратурных детекторов. Многие признаки и преимущества настоящего изобретения очевидны из подробного описания и прилагаемая формула изобретения имеет своей целью охватить все признаки и преимущества системы, которые подпадают под идею и объем изобретения. Кроме того, поскольку специалисты могут легко осуществить многочисленные модификации и изменения (например, использовать средства задержки с процессором цифровых сигналов), изобретение не ограничивается только описанными и проиллюстрированными конструкцией и работой, и, соответственно, все возможные соответствующие модификации и эквиваленты подпадают под объем изобретения. Следует конечно понимать, что настоящее изобретение ни в коей мере не ограничено конкретными вариантами, показанными на чертежах, но также включает в себя любые модификации в рамках объема прилагаемой формулы изобретения.
Класс H03D3/00 Демодуляция частотно- и фазо-модулированных колебаний
Класс H04L27/14 схемы демодуляторов