Формирователь сигнала с фазовой манипуляцией на 180°

Разработанный формирователь сигнала с ФМн на 180° позволяет сократить полосу частот радиосигнала в 2 раза при максимуме его помехоустойчивости, что позволяет организовать в заданной полосе частот вместо одного два канала радиосвязи. Это способствует снижению дефицита радиочастот - основной проблемы в радиосвязи.

Полезная модель (ПМ) относится к радиопередаче клиппированных речевых сигналов (РС) с помощью фазовой манипуляции (ФМн) на 180°.

Известны формирователи сигналов с двухполосной ФМн на 180°, описанные в источниках, например в:

1. Петрович Н.Т., Козленко Н.И. Передача клиппированных речевых сигналов с помощью фазовой телеграфии // Радиотехника 11, т. 19, 1964

2. Петрович Н.Т. Передача дискретной информации в каналах с фазовой манипуляцией. - М.: Советское радио, 1965

По технической сущности наиболее близким к ПМ является устройство, описанное в первом источнике, которое по этой причине и принимается за ее прототип. Во втором источнике описан аналог ПМ.

Прототип состоит из последовательно соединенных источника аналогового РС (ИРС), формирователя однополосного сигнала (ФОС); усилителя-ограничителя амплитуды (УО) однополосного сигнала, когерентного детектора (КД) ограниченного однополосного сигнала, перемножителя сигналов (П), усилителя (У), а так же из генератора вспомогательной несущей частоты (ГВ) и генератора несущей частоты (ГН), выход которого подключен к второму входу перемножителя П, а выход ГВ - к второму входу ФОС и второму входу КД. Речевой сигнал является широкополосным, и поэтому он преобразуется в однополосный (узкополосный) в блоке ФОС для минимизации нелинейных искажений в блоке УО. В блоке КД ограниченный по амплитуде однополосный сигнал опять переноситься в тональный диапазон частот (то есть в диапазон низких частот). С блока КД знакопеременный сигнал прямоугольной формы низкой частоты (н.ч.) постоянной амплитуды и переменной длительности и частоты следования поступает на вход перемножителя сигналов П, на высокочастотный вход которого подается колебание несущей частоты с ГН. На выходе блока П имеет место фазоманипулированное (ФМн) на 180° колебание, помехоустойчивость которого является максимально возможной (потенциальной). Но поскольку модулирующий сигнал н.ч. имеет прямоугольную форму, то его полоса частот значительно шире полосы частот исходного РС, отчего и полоса частот ФМн сигнала на выходе перемножителя, равная двум полосам частот модулирующего РС, тоже широкая.

Основным недостатком прототипа является относительно широкая полоса частот сигнала с двухполосной ФМн на 180°, что усугубляет основную проблему радиосвязи - дефицит частотного ресурса.

Техническим результатом ПМ является сокращение полосы частот сигнала с ФМн на 180° в 2 раза.

Сущность ПМ состоит в том, что в формирователь сигнала с фазовой манипуляцией (ФМн) на 180°, состоящей из последовательно включенных источника аналогового речевого сигнала (ИРС), формирователя аналогового однополосного сигнала (ФОС), усилителя-ограничителя (УО) амплитуды сигнала, когерентного детектора (КД), перемножителя сигналов (П), а также из генератора вспомогательной несущей частоты (ГВ) и генератора несущей частоты (ГН), причем, выход ГВ подключен ко второму входу ФОС и второму входу КД, а выход ГН - ко второму входу перемножителя, введены дополнительно два фазовращателя ФВ на 90°, второй когерентный детектор, второй перемножитель сигналов, фазоинвертор (ФИ) и сумматор, причем, один вход сумматора соединен с выходом первого перемножителя непосредственно, а второй его вход соединен с информационным входом первого когерентного детектора через последовательно включенные второй когерентный детектор, второй перемножитель сигналов, фазоинвертор при работе на верхней боковой полосе, а при работе на нижней - фазоинвертор отключается; второй вход второго перемножителя соединен с выходом генератора несущей частоты через один фазовращатель на 90°, а второй вход второго когерентного детектора соединен с вторым входом первого когерентного детектора через второй фазовращатель на 90°; выход сумматора является выходом всего формирователя.

Существенным отличием ПМ является совокупность введенных элементов и их связей, что позволило реализовать данный формирователь, увеличив частотную эффективность в 2 раза при максимально возможной помехоустойчивости связи.

ПМ иллюстрируется чертежом.

На фиг. 1 представлена структурная схема предлагаемого формирователя, где обозначено:

1 - источник аналогового речевого сигнала;

2, 9, 12 - перемножители сигналов;

3, 10 - генераторы вспомогательной и несущей частот;

4 - полосовой фильтр;

5 - усилитель-ограничитель амплитуды сигналов;

6, 8 - когерентные детекторы;

7, 11 - фазовращатели сигналов на 90°;

13 - сумматор сигналов;

14 - фазоинвертор сигналов.

Введенные элементы обведены пунктирной линией. Работа схемы происходит следующим образом.

Сигнал b(t)=U(t)cos(t) с источника аналогового речевого сигнала (ИРС) 1 поступает на низкочастотный (Н.Ч) вход перемножителя 2, на высокочастотный (В.Ч.) вход которого подается колебание вспомогательной несущей частоты u_н3=U₃cost с генератора 3. На выходе перемножителя 2 образуется колебание: u₂(t)=b(t)u₃(t)=0,5U(t)U ₃[cos(t+(t)+cos(t-(t))]. Полосовой фильтр 4 пропускает на свой выход только одну боковую полосу частот (ОБП АМ), например верхнюю (первое слагаемое), которая усиливается и ограничивается по амплитуде в блоке 5, так что на его выходе будет однополосный сигнал постоянного уровня, который для упрощения дальнейших выкладок представлим первой его гармоникой: u₅(t)=Ucos(t+(t)). Этот сигнал поступает на информационные входы когерентных детекторов 6 и 8. С генератора 3 колебание вспомогательной несущей частоты подается на опорный вход блока 6 непосредственно и на опорный вход блока 8 - через фазовращатель на 90° 7. Каждый когерентный детектор состоит из перемножителя сигналов и фильтра нижних частот (ФНЧ) на его выходе. На выходах этих перемножителей образуются колебания:

;

.

Высокочастотные составляющие (вторые слагаемые) устраняются ФНЧ детекторов, в результате чего сигналы прямоугольной формы 6 и 8 отличаются только фазовым сдвигом на 90°, т.е. представляют собой модулирующий сигнал постоянной амплитуды b(t) и его квадратуру . Так как эти сигналы имею прямоугольную форму, то их полоса частот значительно больше полосы частот исходного РС с блока 1, что затрудняло формировать одну боковую полосу с помощью известных элементов: фазовращатели на 90° или полосовых фильтров с крутыми скатами (электромеханических, пьезокерамических и др.).

Видно, что в нашем случае сдвиг фазы на 90° опорного колебания только одной частоты приводит к фазовому сдвигу на этот же угол всего спектра ограниченного модулирующего сигнала b(t)=Ucos(t). Причем, погрешность этого сдвига может быть сколь угодно малой (<1°), так как в блоке 8 поворачивается на 90° опорное колебание только одной (вспомогательной) несущей частоты. Последнее возможно только в случае однополосного сигнала, что является одним из уникальных его свойств.

Далее прямоугольный сигнал u₆(t) поступает на сигнальный вход перемножителя 9, а прямоугольный сигнал u₈(t) - на сигнальный вход перемножителя 12. С генератора 10 колебание несущей частоты u₁₀(t)=U₁₀cos₀t подается на высокочастотный вход перемножителя 9 непосредственно, а на ВЧ-вход переножителя 12 - через фазовращатель на 90° 11. На выходе этих перемножителей образуются колебания - двухполосная ФМн на 180°; - двухполосная ФМн на 180° которые поступают на соответствующие входы сумматора 13. Если сигнал u₁₂ (t) поступает непосредственно на сумматор 13, то на его выходе имеет место нижняя боковая полоса (НБП) u₁₃(t)=u ₉(t)+u₁₂(t)=UU₁₀cos(₀t-(t)), а если поступает через фазоинвертор ФИ, то образуется верхняя боковая полоса (ВБП): u₁₃(t)=u₉ (t)-u₁₂(t)=UU₁₀cos(₀t+(t))

Технико-экономическим эффектом ПМ является сокращение полосы частот радиосигнала в 2 раза, что позволяет в заданной полосе частот организовать два канала вместо одного при максимально возможной помехоустойчивости радиосвязи.

Формирователь сигнала с фазовой манипуляцией (ФМн) на 180°, состоящей из последовательно включённых источника аналогового речевого сигнала (ИРС), формирователя аналогового однополосного сигнала (ФОС), усилителя-ограничителя (УО) амплитуды сигнала, когерентного детектора (КД), перемножителя сигналов (П), а также из генератора вспомогательной несущей частоты (ГВ) и генератора несущей частоты (ГН), причём выход ГВ подключён ко второму входу ФОС и второму входу КД, а выход ГН - ко второму входу перемножителя, отличающийся тем, что в него введены дополнительно два фазовращателя ФВ на 90°, второй когерентный детектор, второй перемножитель сигналов, фазоинвертор (ФИ) и сумматор, причём один вход сумматора соединён с выходом первого перемножителя непосредственно, а второй его вход соединён с информационным входом первого когерентного детектора через последовательно включённые второй когерентный детектор, второй перемножитель сигналов, фазоинвертор при работе на верхней боковой полосе, а при работе на нижней - фазоинвертор отключается; второй вход второго перемножителя соединён с выходом генератора несущей частоты через один фазовращатель на 90°, а второй вход второго когерентного детектора соединён с вторым входом первого когерентного детектора через второй фазовращатель на 90°; выход сумматора является выходом всего формирователя.