RU2141170C1

RU2141170C1 - Radio signal generator with minimal frequency keying

Info

Publication number: RU2141170C1
Application number: RU99102820A
Authority: RU
Inventors: А.В. Аношкин; Д.А. Аношкин; В.М. Михайлов; В.И. Пешков; В.П. Поликарпов; А.И. Фалеев
Original assignee: Научно-производственное объединение измерительной техники
Priority date: 1999-02-12
Filing date: 1999-02-12
Publication date: 1999-11-10

Abstract

FIELD: radio engineering, digital information transmission systems. SUBSTANCE: device has generator of quadrature components of signal, generator of phase-shift keyed signals, modulator of minimal frequency keyed signal, clock frequency detector, IF master oscillator, generator of quadrature envelopes. EFFECT: prevention of information losses, increased precision of matching of character length of signal to be generated to character length of input video signal. 3 dwg

Description

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано для формирования радиосигналов с минимальной частотной манипуляцией в системах передачи дискретной информации. The invention relates to radio engineering and can be used to generate radio signals with minimal frequency manipulation in transmission systems of discrete information.

Известен формирователь частотно-манипулированных сигналов [1], позволяющий получить радиосигнал с минимальной частотной манипуляцией. В этом устройстве все внутренние синхросигналы формируют от одного генератора несущей частоты, поэтому границы символов формируемого радиосигнала не совпадают с границами символов входного видеосигнала, что может привести к потере передаваемой информации. Known shaper frequency-manipulated signals [1], which allows to obtain a radio signal with minimal frequency manipulation. In this device, all internal clock signals are generated from a single carrier frequency generator, therefore, the symbol boundaries of the generated radio signal do not coincide with the symbol boundaries of the input video signal, which can lead to loss of transmitted information.

Наиболее близким к заявляемому является устройство для формирования частотно-манипулированных сигналов [2], содержащее формирователь квадратурных составляющих сигнала, первый и второй выходы которого соединены соответственно с первым и вторым входами формирователя фазоманипулированных сигналов, третий и четвертый входы которого подключены соответственно к первому и второму выходам задающего генератора промежуточной частоты, а первый и второй выходы соединены соответственно с первым и вторым входами модулятора сигнала с минимальной частотной манипуляцией, третий и четвертый входы которого подключены соответственно к первому и второму выходам формирователя квадратурных огибающих, а выход является выходом устройства, при этом вход устройства соединен с первым входом синхронизатора, первый и второй синхровходы которого подключены соответственно к первому и второму выходам формирователя квадратурных огибающих и к первому и второму синхровходам формирователя квадратурных составляющих сигнала, информационный вход которого соединен с выходом синхронизатора. Известное устройство также позволяет получить радиосигнал с минимальной частотной манипуляцией. В этом устройстве внутренние синхросигналы формируют от двух независимых генераторов несущей и символьной частот, однако границы символов формируемого радиосигнала и в этом случае не совпадают с границами символов входного видеосигнала, что также может привести к потере передаваемой информации. Closest to the claimed is a device for generating frequency-manipulated signals [2], containing a shaper of quadrature components of the signal, the first and second outputs of which are connected respectively to the first and second inputs of the shaper of phase-shift signals, the third and fourth inputs of which are connected respectively to the first and second outputs the master oscillator of the intermediate frequency, and the first and second outputs are connected respectively to the first and second inputs of the signal modulator with a minimum frequency manipulation, the third and fourth inputs of which are connected respectively to the first and second outputs of the quadrature envelope shaper, and the output is the output of the device, while the input of the device is connected to the first input of the synchronizer, the first and second sync inputs of which are connected respectively to the first and second outputs of the quadrature shaper envelopes to the first and second synchro inputs of the driver of the quadrature components of the signal, the information input of which is connected to the output of the synchronizer. The known device also allows you to receive a radio signal with minimal frequency manipulation. In this device, internal clock signals are generated from two independent generators of the carrier and symbol frequencies, however, the symbol boundaries of the generated radio signal in this case do not coincide with the symbol boundaries of the input video signal, which can also lead to loss of transmitted information.

Для предотвращения потери информации при формировании радиосигнала с минимальной частотной манипуляцией необходимо точно согласовать длительность символа формируемого радиосигнала с длительностью символов входного видеосигнала. Особенно это важно сделать в тех случаях, когда границы символов входного видеосигнала задаются в источнике информации с помощью собственного высокостабильного задающего генератора. To prevent loss of information during the formation of a radio signal with minimal frequency manipulation, it is necessary to precisely match the duration of the symbol of the generated radio signal with the duration of the symbols of the input video signal. This is especially important to do in cases where the boundaries of the symbols of the input video signal are set in the information source using its own highly stable master oscillator.

Для этого в формирователь радиосигналов с минимальной частотной манипуляцией, содержащий формирователь квадратурных составляющих сигнала, первый и второй выходы которого соединены соответственно с первым и вторым входами формирователя фазоманипулированных сигналов, третий и четвертый входы которого подключены соответственно к первому и второму выходам задающего генератора промежуточной частоты, а первый и второй выходы соединены соответственно с первым и вторым входами модулятора сигнала с минимальной частотной манипуляцией, третий и четвертый входы которого подключены соответственно к первому и второму выходам формирователя квадратурных огибающих, а выход является выходом устройства, введено устройство выделения тактовой частоты, вход которого соединен со входом устройства и с информационным входом формирователя квадратурных составляющих сигнала, первый и второй синхровходы которого подключены соответственно к первому и второму выходам устройства выделения тактовой частоты, третий и четвертый выходы которого соединены соответственно с первым и вторым входами формирователя квадратурных огибающих. To do this, in the shaper of radio signals with minimal frequency manipulation, containing the shaper of the quadrature components of the signal, the first and second outputs of which are connected respectively to the first and second inputs of the shaper of phase-shifted signals, the third and fourth inputs of which are connected respectively to the first and second outputs of the master oscillator of the intermediate frequency, and the first and second outputs are connected respectively to the first and second inputs of the signal modulator with minimal frequency shift keying, the fourth and fourth inputs of which are connected respectively to the first and second outputs of the quadrature envelope former, and the output is the output of the device, a clock frequency isolation device is introduced, the input of which is connected to the input of the device and to the information input of the quadrature component shaper, the first and second sync inputs of which are connected respectively to the first and second outputs of the clock allocation device, the third and fourth outputs of which are connected respectively to the first and second odes quadrature generator envelopes.

На фиг. 1 показана электрическая структурная схема предлагаемого формирователя радиосигналов с минимальной частотной манипуляцией, а на фиг. 2 - временные диаграммы, поясняющие его работу. На фиг. 3 показана электрическая структурная схема предлагаемого формирователя радиосигналов с минимальной частотной манипуляцией в частном случае выполнения устройства на элементах дискретной техники. На фиг. 4 показана электрическая структурная схема прототипа [2]. In FIG. 1 shows an electrical block diagram of the proposed shaper of radio signals with minimal frequency manipulation, and in FIG. 2 is a timing diagram explaining its operation. In FIG. 3 shows the electrical structural diagram of the proposed shaper of radio signals with minimal frequency manipulation in the particular case of the device on the elements of discrete technology. In FIG. 4 shows the electrical block diagram of the prototype [2].

Предлагаемый формирователь радиосигналов с минимальной частотной манипуляцией содержит формирователь 1 квадратурных составляющих сигнала, формирователь 2 фазоманипулированных сигналов, модулятор 3 сигнала с минимальной частотной манипуляцией, устройство 4 выделения тактовой частоты, задающий генератор 5 промежуточной частоты и формирователь 6 квадратурных огибающих. The proposed shaper of radio signals with minimal frequency manipulation contains a shaper 1 of the quadrature components of the signal, a shaper 2 of the phase-shifted signals, a modulator 3 of the signal with the minimum frequency manipulation, a device 4 for selecting the clock frequency, the oscillator 5 of the intermediate frequency and the shaper 6 of the quadrature envelopes.

Первый и второй выходы формирователя 1 квадратурных составляющих сигнала соединены соответственно с первым и вторым входами формирователя 2 фазоманипулированных сигналов, третий и четвертый входы которого подключены соответственно к первому и второму выходам задающего генератора 5 промежуточной частоты. Первый и второй выходы формирователя 2 фазоманипулированных сигналов соединены соответственно с первым и вторым входами модулятора 3 сигнала с минимальной частотной манипуляцией, третий и четвертый входы которого подключены соответственно к первому и второму выходам формирователя 6 квадратурных огибающих, а выход является выходом устройства. Вход устройства 4 выделения тактовой частоты соединен со входом устройства и с информационным входом формирователя 1 квадратурных составляющих сигнала, первый и второй синхровходы которого подключены соответственно к первому и второму выходам устройства 4 выделения тактовой частоты, третий и четвертый выходы которого соединены соответственно с первым и вторым входами формирователя 6 квадратурных огибающих. The first and second outputs of the shaper 1 of the quadrature signal components are connected respectively to the first and second inputs of the shaper 2 of the phase-shifted signals, the third and fourth inputs of which are connected respectively to the first and second outputs of the master oscillator 5 of the intermediate frequency. The first and second outputs of the phase-shifted signal generator 2 are connected respectively to the first and second inputs of the signal modulator 3 with minimal frequency manipulation, the third and fourth inputs of which are connected respectively to the first and second outputs of the quadrature envelope generator 6, and the output is the output of the device. The input of the clock allocation device 4 is connected to the input of the device and to the information input of the quadrature signal shaper 1, the first and second clock inputs of which are connected to the first and second outputs of the clock allocation device 4, the third and fourth outputs of which are connected to the first and second inputs, respectively shaper 6 quadrature envelopes.

Формирователь радиосигналов с минимальной частотной манипуляцией работает следующим образом. Shaper of radio signals with minimal frequency manipulation works as follows.

Входной двоичный видеосигнал 7 (см. фиг. 2) без возврата к нулю с длительностью символа T_с подают на информационный вход формирователя 1 квадратурных составляющих сигнала и на вход устройства 4 выделения тактовой частоты.The input binary video signal 7 (see Fig. 2) without returning to zero with a symbol duration T _{s is} fed to the information input of the driver 1 of the quadrature components of the signal and to the input of the clock allocation device 4.

На первый и второй выходы устройства 4 выделения тактовой частоты выдают противоположные друг другу синхросигналы 8 и 9 типа "меандр" с тактовой частотой f_T1 = 1/(2T_с), фронты которых соответствуют серединам символов входного двоичного видеосигнала 7. Указанные синхросигналы подают соответственно на первый и второй синхровходы формирователя 1 квадратурных составляющих сигнала, на первом и втором выходах которого получают сдвинутые друг относительно друга на длительность символа T_с квадратурные составляющие 10 и 11 модулирующего сигнала с длительностью символов 2T_с и подают их соответственно на первый и второй входы формирователя 2 фазоманипулированных сигналов. На третий и четвертый входы формирователя 2 фазоманипулированных сигналов соответственно с первого и второго выходов задающего генератора 5 промежуточной частоты поступают сдвинутые друг относительно друга по фазе на 90^o гармонические колебания промежуточной частоты f_П. На первом и втором выходах формирователя 2 фазоманипулированных сигналов образуются сдвинутые друг относительно друга на длительность символа T_с фазоманипулированные сигналы с синусным и косинусным заполнением промежуточной частотой f_П и с длительностью символов 2T_с, которые подают соответственно на первый и второй входы модулятора 3 сигнала с минимальной частотной манипуляцией.At the first and second outputs of the clock allocation device 4, clock signals 8 and 9 of the meander type with a clock frequency f _T1 = 1 / (2T _s ) are generated, the edges of which correspond to the midpoints of the symbols of the input binary video signal 7. These clock signals are fed respectively to first and second the clock generator 1 quadrature signal components at first and second outputs which produces staggered relative to each other _{with the} symbol duration T quadrature components 10 and 11 modulating signal for telnostyu 2T symbols and fed _to their respective first and second inputs of the phase modulation signal generator 2. The third and fourth inputs of the driver 2 phase-shifted signals, respectively, from the first and second outputs of the master oscillator 5 of the intermediate frequency receive phase shifted relative to each other by 90 ^o phase oscillations of the intermediate frequency f _P. The first and second outputs of the generator 2 PSK signals are formed shifted relative to one another symbol duration T _with phase-shift keyed signals with a sine and cosine filling the intermediate frequency f _P and 2T symbols of length _s, which are fed respectively to first and second inputs of the modulator 3, a signal with a minimum frequency manipulation.

На третьем и четвертом выходах устройства 4 выделения тактовой частоты формируют сдвинутые друг относительно друга на длительность символа T_с синхросигналы 12 и 13 типа "меандр" с тактовой частотой f_T2 = 1/(4T_с), фронты которых соответствуют фронтам синхросигналов 8 и 9 и серединам символов входного двоичного видеосигнала 7. Указанные синхросигналы подают соответственно на первый и второй входы формирователя 6 квадратурных огибающих, на первом и втором выходах которого получают сдвинутые друг относительно друга по фазе на 90 ^o гармонические колебания 14 и 15 с частотой f_T2 = 1/(4T_с), переходы через ноль которых соответствуют фронтам синхросигналов 12 и 13.In the third and fourth output device 4 allocating clock is formed shifted relative to one another symbol duration T _with sync signals 12 and 13 of the type "square wave" with a clock frequency f _T2 = 1 / (4T _s), the fronts of which correspond to the fronts of clock signals 8 and 9 and to the midpoints of the symbols of the input binary video signal 7. The indicated clock signals are respectively supplied to the first and second inputs of the quadrature envelope shaper 6, at the first and second outputs of which harmonic counts are shifted relative to each other in phase by 90 ^° Fucking 14 and 15 with a frequency f _T2 = 1 / (4T _s ), the zero transitions of which correspond to the clock fronts 12 and 13.

Гармонические колебания 14 и 15 поступают соответственно на третий и четвертый входы модулятора 3 сигнала с минимальной частотной манипуляцией, на выходе которого получают радиосигнал с минимальной частотной манипуляцией без разрыва фазы с длительностью символов T_с и с частотами символов f₁ = f_П + 1/(4T_с) и f₂ = f_П - 1/(4T_с).Harmonic oscillations 14 and 15 respectively arrive at the third and fourth inputs of the signal modulator 3 with minimal frequency manipulation, the output of which receives a radio signal with minimal frequency manipulation without phase discontinuity with symbol duration T _s and symbol frequencies f ₁ = f _P + 1 / ( 4T _s ) and f ₂ = f _P - 1 / (4T _s ).

Формирователь радиосигналов с минимальной частотной манипуляцией может быть реализован на известных функциональных элементах. Возможный пример выполнения формирователя 1 квадратурных составляющих сигнала, формирователя 2 фазоманипулированных сигналов, модулятора 3 сигнала с минимальной частотной манипуляцией, задающего генератора 5 промежуточной частоты и формирователя 6 квадратурных огибающих показан на фиг. 4, где приведена электрическая структурная схема прототипа [2]. Устройство 4 выделения тактовой частоты может быть выполнено известным образом на базе генератора, управляемого напряжением, вырабатываемым кольцом ФАПЧ в результате сравнения частоты следования фронтов входного видеосигнала и формируемой генератором эталонной последовательности прямоугольных импульсов типа "меандр" с символьной частотой f_с = 1/T_с, передние фронты которых соответствуют серединам символов входного двоичного видеосигнала 7. Из данной эталонной последовательности прямоугольных импульсов затем формируют известным образом необходимые для работы устройства синхросигналы с помощью соответствующих делителей частоты.A radio signal shaper with minimal frequency manipulation can be implemented on known functional elements. A possible example of the implementation of the shaper 1 of the quadrature components of the signal, the shaper 2 of the phase-shifted signals, the modulator 3 of the signal with minimal frequency shift keying, the oscillator 5 of the intermediate frequency and the shaper 6 of the quadrature envelopes is shown in FIG. 4, which shows the electrical structural diagram of the prototype [2]. The clock frequency isolation device 4 can be performed in a known manner on the basis of a generator controlled by the voltage generated by the PLL as a result of comparing the repetition frequency of the edges of the input video signal and the reference square signal generated by the generator with the meander type with the symbol frequency f _c = 1 / T _s , whose leading edges correspond to the midpoints of the symbols of the input binary video signal 7. From this reference sequence of rectangular pulses, they then form a known sample From the very beginning, the clock signals necessary for the operation of the device using appropriate frequency dividers.

В частном случае выполнения устройства на элементах дискретной техники, как показано на фиг. 3, между выходом модулятора 3 сигнала с минимальной частотной манипуляцией и выходом устройства включены последовательно соединенные усилитель-ограничитель 16 и фильтр 17 нижних или промежуточных частот. In the particular case of performing the device on elements of discrete technology, as shown in FIG. 3, between the output of the signal modulator 3 with minimal frequency manipulation and the output of the device are connected in series-connected amplifier-limiter 16 and a filter 17 of low or intermediate frequencies.

Формирователь 1 квадратурных составляющих сигнала содержит два D-триггера 18 и 19, тактовые входы которых являются первым и вторым синхровходами формирователя 1 квадратурных составляющих сигнала, информационный вход которого соединен с информационными входами D-триггеров 18 и 19, выходы которых являются соответственно первым и вторым выходами формирователя 1 квадратурных составляющих сигнала. Формирователь 2 фазоманипулированных сигналов содержит два элемента 20 и 21 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, первые входы которых являются соответственно первым и вторым входами формирователя 2 фазоманипулированных сигналов, третьим и четвертым входами которого являются соответственно вторые входы элементов 20 и 21 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ. Shaper 1 of the quadrature components of the signal contains two D-flip-flops 18 and 19, the clock inputs of which are the first and second clock inputs of the shaper 1 of quadrature components of the signal, the information input of which is connected to the information inputs of D-flip-flops 18 and 19, the outputs of which are respectively the first and second outputs shaper 1 quadrature components of the signal. The phase-shifted signal generator 2 contains two EXCLUSIVE OR elements 20 and 21, the first inputs of which are the first and second inputs of the phase-shifted signal generator 2, the third and fourth inputs of which are the second inputs of the EXCLUSIVE OR elements.

Модулятор 3 сигнала с минимальной частотной манипуляцией содержит два перемножителя 22 и 23, первые входы которых являются соответственно первым и вторым входами модулятора 3 сигнала с минимальной частотной манипуляцией, третьим и четвертым входами которого являются соответственно вторые входы перемножителей 22 и 23, выходы которых подключены соответственно к первому и второму входам сумматора 24, выход которого является выходом модулятора 3 сигнала с минимальной частотной манипуляцией. The signal modulator 3 with minimum frequency shift keying contains two multipliers 22 and 23, the first inputs of which are the first and second inputs of the signal modulator 3 with minimum frequency shift key, the third and fourth inputs of which are respectively the second inputs of the multipliers 22 and 23, the outputs of which are connected respectively to the first and second inputs of the adder 24, the output of which is the output of the signal modulator 3 with minimal frequency manipulation.

Устройство 4 выделения тактовой частоты содержит последовательно включенные устройство 25 выделения фронтов, импульсный фазовый детектор 26, пропорционально-интегрирующий фильтр 27, генератор 28, управляемый напряжением, и формирователь 29 импульсных напряжений, первый выход которого подключен ко второму входу импульсного фазового детектора 26, а второй, третий, четвертый и пятый выходы являются соответственно первым, вторым, третьим и четвертым выходами устройства 4 выделения тактовой частоты. The clock allocation device 4 comprises serially connected fronts selection device 25, a pulse phase detector 26, a proportionally integrating filter 27, a voltage controlled oscillator 28, and a pulse voltage generator 29, the first output of which is connected to the second input of the pulse phase detector 26, and the second , the third, fourth, and fifth outputs are respectively the first, second, third, and fourth outputs of the clock allocation device 4.

Задающий генератор 5 промежуточной частоты содержит задающий генератор 30, противофазные выходы которого подключены ко входам двух делителей 31 и 32 частоты на два, выходы которых являются соответственно первым и вторым выходами задающего генератора 5 промежуточной частоты. The intermediate frequency master oscillator 5 comprises a master oscillator 30, the antiphase outputs of which are connected to the inputs of two frequency dividers 31 and 32, whose outputs are the first and second outputs of the intermediate frequency master oscillator 5, respectively.

Формирователь 6 квадратурных огибающих содержит два T-триггера 33 и 34, тактовые входы которых соединены с первым входом формирователя 6 квадратурных огибающих, а выходы - соответственно с тактовыми входами первого и второго цифро-аналоговых генераторов 35 и 36, синхровходы которых соединены со вторым входом формирователя 6 квадратурных огибающих, а выходы - через соответственно первый и второй фильтры нижних частот 37 и 38 с первым и вторым выходами формирователя 6 квадратурных огибающих. Shaper 6 quadrature envelopes contains two T-flip-flops 33 and 34, the clock inputs of which are connected to the first input of the shaper 6 quadrature envelopes, and the outputs are respectively the clock inputs of the first and second digital-analog generators 35 and 36, the clock inputs of which are connected to the second input of the shaper 6 quadrature envelopes, and the outputs through the first and second low-pass filters 37 and 38, respectively, with the first and second outputs of the shaper 6 quadrature envelopes.

Устройство позволяет формировать радиосигнал с минимальной частотной манипуляцией, длительность символов которого точно согласована с длительностью символов входного видеосигнала, что позволяет предотвратить потерю информации при передаче данных в тех случаях, когда границы символов входного видеосигнала задаются в источнике информации с помощью собственного высокостабильного задающего генератора. The device allows you to generate a radio signal with minimal frequency manipulation, the duration of the characters of which is exactly consistent with the duration of the characters of the input video signal, which helps to prevent loss of information during data transmission in cases where the boundaries of the characters of the input video signal are set in the information source using its own highly stable master oscillator.

Источники информации, принятые во внимание при составлении заявки:
1. Авторское свидетельство СССР N 1531229, H 04 L 27/12, 1989.Sources of information taken into account when preparing the application:
1. USSR author's certificate N 1531229, H 04 L 27/12, 1989.

2. Авторское свидетельство СССР N 828435, H 04 L 27/12, 1989. 2. USSR author's certificate N 828435, H 04 L 27/12, 1989.

Claims

1. A shaper of radio signals with minimal frequency manipulation, comprising a shaper of quadrature components of the signal, the first and second outputs of which are connected respectively to the first and second inputs of the shaper of phase-shifted signals, the third and fourth inputs of which are connected respectively to the first and second outputs of the master oscillator of the intermediate frequency, and the first and the second outputs are connected respectively to the first and second inputs of the signal modulator with minimal frequency shift keying, the third and fourth The gated inputs of which are connected respectively to the first and second outputs of the quadrature envelope driver, and the output is a device output, characterized in that a clock frequency isolation device is introduced, the input of which is connected to the device input and to the information input of the quadrature signal component driver, whose first and second clock inputs connected respectively to the first and second outputs of the clock allocation device, the third and fourth outputs of which are connected respectively to the first and the second inputs of the quadrature envelope generator, which contains two T-flip-flops, the clock inputs of which are connected to the first input of the quadrature envelope generator, and the outputs are respectively the clock inputs of the first and second digital-analog generators, whose sync inputs are connected to the second input of the quadrature envelope generator, and the outputs - through, respectively, the first and second low-pass filters with the first and second outputs of the quadrature envelope former, and the quadrature component former the channel contains two D-flip-flops, the clock inputs of which are the first and second clock inputs of the quadrature signal shaper, the information input of which is connected to the information inputs of the D-flip-flops, the outputs of which are the first and second outputs of the quadrature signal shaper, respectively.

2. The shaper according to claim 1, characterized in that between the output of the signal modulator with minimal frequency manipulation and the output of the device are connected in series with an amplifier-limiter and filter.

3. The driver according to claim 2, characterized in that the driver of phase-shifted signals contains two EXCLUSIVE OR elements, the first inputs of which are respectively the first and second inputs of the driver of phase-shifted signals, the third and fourth inputs of which are respectively the second inputs of EXCLUSIVE OR elements.

4. The shaper according to claim 3, characterized in that the clock frequency isolation device comprises serially connected edge detection device, a pulse phase detector, a proportionally integrating filter, a voltage controlled oscillator, and a pulse voltage generator, the first output of which is connected to the second pulse input phase detector, and the second and fifth outputs are respectively the first and fourth outputs of the device for selecting the clock frequency.

5. The driver according to claim 4, characterized in that the intermediate frequency master oscillator comprises a master oscillator, the out-of-phase outputs of which are connected to the inputs of two frequency dividers into two, the outputs of which are the first and second outputs of the intermediate frequency master oscillator, respectively.