способ корректировки местных гетеродинов приемника и устройство для его осуществления

Формула изобретения

1. Способ корректировки гетеродинов приемника, при котором гетеродином преобразования преобразуют высокую частоту в промежуточную частоту, далее гетеродином преобразования преобразуют промежуточную частоту в частоту основной полосы и квантуют генератором квантования, соединенным с демодулятором, осуществляющим быстрое преобразование Фурье сигнала в основной полосе и получающим сигнал, который модулирован, по крайней мере блоком вычисления обратного быстрого преобразования Фурье (FFT^-1) в соответствии с мультинесущей модуляцией типа OFDM, при этом спектр указанного сигнала содержит две пилотные последовательности (К₁, К₂), имеющие между собой фиксированную разность частот, отличающийся тем, что выделяют две пилотные последовательности К₁ и К₂ быстрым преобразованием Фурье, которое осуществляют демодулятором, далее вычисляют изменения фаз каждой из двух последовательностей (К₁, К₂), которые выделены в функции времени, и подстраивают частоту генераторов в зависимости от изменения вычисленных фаз двух последовательностей К₁ и К₂.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что изменение частоты гетеродина преобразования промежуточная частота основная полоса осуществляют в соответствии с выражением



в котором обозначают соответственно фазу, полученную при помощи блока вычисления быстрого преобразования Фурье при приеме пилотных последовательностей К₁ и К₂ для входного блока выборок j, -фазу для блока отделенного от блока j нa q l квантов и



при этом генератор оказывается правильно настроен при (₂,₃,l) = 0.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что квантование генератором квантования осуществляют в соответствии с выражением



при этом генератор правильно настраивается при (₁,l) = 0.

4. Устройство для корректировки гетеродинов приемника, содержащее гетеродин преобразования высокой промежуточной частоты, гетеродин преобразования промежуточная частота основная полоса, задающий генератор квантования, соединенный с демодулятором быстрого преобразования Фурье (FFT⁺¹) сигнала в основную полосу, и выполнен с возможностью получения сигнала, который модулирован по крайней мере блоком вычисления обратного быстрого преобразования Фурье (FFT^-1) в соответствии с мультинесущей модуляцией типа OFDM, при этом спектр указанного сигнала содержит две пилотные последовательности (К₁, К₂), имеющие между собой фиксированную разность частот, отличающееся тем, что содержит на выходе блока FFT блок задержки сигнала для каждой из пилотных последовательностей, соединенный с соответствующим выходом блока FFT для задержки на q l квантов величин и ; блок деления для каждой из пилотных последовательностей, который соединен первым входом с выходом соответствующего блока задержки и вторым входом с соответствующим выходом блок FFT и выполнен с возможностью осуществления деления



блок вычисления мнимой части для каждой из последовательностей, соединенный своим входом с выходом соответствующего блока деления; блок вычитания, соединенный первым входом с выходом блока вычисления мнимой части соответствующей последовательности K₁ и вторым входом с выходом блока вычисления мнимой части, соответствующей последовательности К₂; блок суммирования, соединенный первым входом с выходом блока вычисления мнимой части соответствующей последовательности К₁ и вторым входом с выходом блока вычисления мнимой части, соответствующей последовательности К₂; множительный блок, первый вход которого подключен к выходу блока вычитания, а второй является входом для сигнала, соответствующего коэффициенту,



где К₁ и К₂ обозначают номера каналов блока выбора, содержащих пилотные последовательности; блок вычитания, соединенный первым входом с выходом множительного блока и вторым входом с выходом суммирующего блока

5. Устройство по п. 4, отличающееся тем, что блоки вычисления мнимой части соединены с вычитающим и суммирующим блоками через блоки усреднения.

6. Устройство по п.5, отличающееся тем, что вычитающие блоки соединены с входами блока контролирования времени анализа, при этом последний соединен с входами управления блоков задержки, которые позволяют изменять время анализа, в частности величину l.

7. Устройство по п.6, отличающееся тем, что блок контроля времени анализа соединен с блоками усреднения.

8. Устройство для корректировки гетеродинов приемника, содержащее гетеродин преобразования высокой промежуточной частоты, гетеродин преобразования промежуточная частота основная частота, задающий гетеродин квантования, соединенный с демодулятором, содержащим блок вычисления быстрого преобразования Фурье (FFT) сигнала в основную полосу, выполненный с возможностью получения модулированного по крайней мере одним блоком вычисления обратного быстрого преобразования (FFT) в соответствии с модуляцией мультинесущей типа OFDM, при этом спектр сигнала содержит две пилотные последовательности К₁ и К₂, имеющие между собой фиксированную разность частот, отличающееся тем, что содержит на выходе блока FFT блок выдержки сигнала для каждой из пилотных последовательностей, соединенный с соответствующим выходом блока FFT для задержки на q I квантов величин запоминающее устройство PRDM, которое имеет четыре входа и четыре выхода, два из которых соединены с каждым входом блоков задержки, и два других входа соединены с двумя выходами блока FFT, при этом указанное запоминающее устройство осуществляет картезианско-полярное превращение; первый и второй блоки вычитания с двумя входами для каждой из последовательностей, каждый из этих двух входов соединен с выходом запоминающего устройства PRDM; третий блок вычитания с двумя входами, при этом каждый из входов соответственно с выходом первого и второго блока вычитания; множительный блок, первый вход которого подключен к выходу третьего блока вычитания, а второй вход является входом сигнала соответствующего коэффициенту



где К₁ и К₂ обозначают номера каналов блока выборок, содержащих пилотные последовательности; четвертый блок вычитания, соединенный первым входом с выходом множительного блока и вторым входом с выходом суммирующего блока.

9. Устройство по п.8, отличающееся тем, что первый и второй вычитающие блоки соединены с третьим вычитающим блоком и с суммирующим блоком через блоки усреднения.

10. Устройство по п.9, отличающееся тем, что выходы третьего и четвертого вычитающих блоков соединены с входами блока контроля времени анализа, при этом последний блок соединен с входами управления блоков задержки, выполненными с возможностью изменения времени анализа, в частности величины l.

11. Устройство по п. 10, отличающееся тем, что блок контроля времени анализа соединен с блоками усреднения.

Описание изобретения к патенту

Настоящее изобретение касается способа корректировки местных гетеродинов приемника, позволяющего получать сигнал, модулированный по меньшей мере одной схемой вычисления инверсного быстрого преобразования Фурье в соответствии с мультинесущей модуляцией типа OFDM (английский термин, в переводе - деление ортогональной частоты мультиплексирования) и применяется в цифровом.

В международной заявке PCT/FR 89/00546 на имя Томсон-ЦСФ описан способ излучения модулированных колебаний, в котором используются одновременно множество частот, содержащий последовательные этапы излучения символов в течение времени T+T , при этом две частоты излучения сдвинуты на I/T, где T - полезный интервал излучения, а T - переходный интервал. В упомянутой заявке описаны также приемник и передатчик, позволяющие осуществить этот способ при использовании в передатчике схемы вычисления инверсного быстрого преобразования Фурье (FFT^-1) для осуществления модуляции сигнала, а в приемнике - схемы вычисления быстрого преобразования Фурье (FFT) для осуществления демодуляции полученного сигнала. С другой стороны для осуществления синхронизации приемника по сигналу передатчика, спектр модулированного сигнала содержит две последовательности контрольных импульсов, имеющих между собой фиксированную разницу частот. Используя эти две последовательности контрольных импульсов, возможно осуществить автоматическое регулирование как местных гетеродинов, так и задающего генератора квантования в приемнике. В упомянутой заявке на патент описано аналоговое устройство автоматического регулирования, в котором использованы две последовательности контрольных импульсов для автоматического регулирования определенных местных гетеродинов приемника, и задающего генератора, дающего частоту квантования.

В упомянутой заявке устройство автоматического регулирования (фиг. 1), позволяющее осуществить корректировку местных гетеродинов приемника, содержит главным образом полосовой фильтр 2, полосовой фильтр 3, смеситель 4 и цепь фазовой автоподстройки частоты ФАПЧ 1, генерирующую опорную частоту для трех других ФАПЧ. Два фильтра 2 и 3 включены в параллель и на их входы из цепи преобразования промежуточной частоты в основную полосу поступают две частоты f_A, f_B. Выходы двух полосовых фильтров 2 и 3 связаны со смесителем 4. Выход смесителя 4 связан со входом цепи ФАПЧ 1. Эта цепь ФАПЧ содержит смеситель 5, выход которого связан со входом фильтра нижних частот 6. Выход фильтра нижних частот 6 связан с генератором (7), управляемым напряжением (УСО по-английски). Выход генератора 7 соединен со входом цепи ФАПЧ, то есть со вторым входом смесителя 5. Выход цепи ФАПЧ 1 также подключен ко входам трех цепей ФАПЧ 8, 9 и 10. Эти цепи ФАПЧ являются цепями ФАПЧ с делением частоты. Цепи ФАПЧ 8, 9 и 10 образуют выходы устройства автоматического регулирования и выдают опорные частоты для различных местных гетеродинов, а именно для местного гетеродина преобразования высокая частота - промежуточная частота -f"_HF задающего генератора квантования f_e местного гетеродина схемы преобразования промежуточной частоты в основную полосу - .

Описанный выше контур функционирует следующим образом. Фильтр 2 выбирает частоту f_A, а именно частоту одной из последовательностей контрольных импульсов, излучаемых передатчиком. Фильтр 3 выделяет частоту f_B, а именно частоту другой последовательности контрольных импульсов. Смеситель 4 создает биения между этими частотами. Цепь ФАПЧ 1 выдает величину разницы между частотами f_A и f_B. Разница между частотами f_A и f_B при передаче, определяемая стандартом передачи, является известной. Сравнение при приеме позволяет получить опорную частоту и фазу. Таким образом, цепь ФАПЧ 8, 9 и 10 создают опорные частоты и фазы для различных местных гетеродинов и задающего генератора квантования, используемых в приемнике.

В основу настоящего изобретения положена задача создать новый способ корректировки местных гетеродинов приемника, позволяющий полностью осуществить цифровое функционирование, а также разработать устройство для осуществления этого способа.

Эти способ и устройство позволяют уменьшить сложность системы на уровне приемника, что приводит к уменьшению его стоимости.

Поставленная задача решается тем, что в способе корректировки генераторов приемника, содержащего гетеродин преобразования высокая частота - промежуточная частота, гетеродин преобразования промежуточная частота - основная полоса, задающий генератор квантования и получающего модулированный сигнал по меньшей мере одной схемой вычисления инверсного быстрого преобразования Фурье (FFT^-1) в соответствии с мультинесущей модуляцией OFDM (английский термин, в переводе - деление ортогональной частоты мультиплексирования), причем спектр указанного сигнала содержит две последовательности контрольных импульсов, имеющих между собой фиксированную разницу частот, согласно изобретению при приеме производят изменения фазы двух последовательностей функции времени при помощи быстрого преобразования Фурье, в указанные генераторы регулируют по частоте, при этом результат указанного вычисления предназначен для уточнения частоты задающего генератора квантования и частоты по меньшей мере одного из двух других гетеродинов.

В дальнейшем изобретение поясняется конкретными вариантами его исполнения со ссылкой на сопровождающие чертежи, на которых фиг. 1 изображает блок-схему приведенного в описании устройства автоматического регулирования в соответствии с известным уровнем техники, позволяющего осуществлять корректировку местных гетеродинов приемника; фиг. 2 - структурную схему приемника, в котором может быть осуществлено настоящее изобретение; фиг. 3 - схему, объясняющую реализацию способа в соответствии с настоящим изобретением; фиг. 4 представляет другой вариант схемы, осуществление способа по настоящему изобретению.

Для упрощения описания на всех чертежах использованы одинаковые позиции для обозначения одних и тех же элементов.

Способ корректировки местных гетеродинов в соответствии с изобретением может быть осуществлен в приемнике, таком как показанный на фиг. 2. Этот приемник содержит приемную антенну 20, приемный контур 21, преобразующий принимаемую частоту в промежуточную, контур преобразования 22, трансформирующий промежуточную частоту в частоту основной полосы, аналоговый цифровой преобразователь 23, схему синхронизации пакета 24, схему демодуляции 25, образованную схемой быстрого преобразования Фурье, схему автоматического регулирования 26 схему анализа 27, схему корректировки 28, схему принятия решения 29 и схему эксплуатации 30. Эти различные схемы и их функционирование описаны в международной заявке PCT/FR89/00546. К специфическим особенностям относится наличие в приемнике 21 усилителя 210, усиливающего сигнал с антенны 20. Выход усилителя 210 связан с первым входом смесителя 212, на другой вход которого поступает частота с выхода местного гетеродина 213. Выход смесителя 212 подключен ко входу фильтра 214. Выход полосового фильтра 214 соединен со входом усилителя 215, который содержит петлю отрицательной обратной связи со схемой автоматической регулировки усиления 216. Описанная схема работает следующим образом. Усилитель 210 усиливает улавливаемый антенной 20 сигнал. За счет создания биений с сигналом высокой частоты, создаваемым местным гетеродином 213, смеситель 212 понижает частоту полученного сигнала. Выходной сигнал смесителя фильтруется фильтром 214, что позволяет устранить сигналы, посторонние относительно полезных. Усилитель 215 при контроле от схемы 216 автоматической регулировки усиления производит усиление сигнала промежуточной частоты , полученного на выходе схемы 21. Этот сигнал промежуточной частоты направляется на схему преобразования промежуточной частоты на основную полосу 22, содержащую, как это показано на фиг. 2, смеситель 220, на один из выходов которого поступает усиленная промежуточная частота, а на другой вход - частота с выхода местного гетеродина 222. Выход смесителя связан с фильтром нижних частот 221. В этом случае смеситель 220 создает биения между сигналом, снабжаемым гетеродином 222, и сигналами промежуточной частоты , и вырабатывает сигнал основной полосы. Фильтр 221 выделяет желательную область спектра таким образом, чтобы получить сигнал основной полосы, подаваемый на аналоговый цифровой преобразователь 23. Преобразователь 23 осуществляет цифровое квантование сигнала на частоте квантования f"_e, синхронизируемой устройством автоматического регулирования 26. Схема синхронизации пакетов 24 позволяет среди прочего определять начало интервала передачи, что делает возможной повторную ортогонализацию несущих. Этот тип функционирования схемы 24 позволяет осуществить грубую синхронизацию пакетов (с точностью нескольких квантов). Более точная синхронизация осуществляется схемой 27 анализа при исследовании вращения фазы во всей полосе. Схема 24 синхронизации пакетов содержит, например, схему вычитания из данного задержанного на длительность T сигнала. Так как два кванта выбираются в одном и том же интервале передачи длительностью T+T, их разница является квазипостоянной. Это справедливо для каждого интервала передачи во время длительности T, уменьшенной на время поступления наиболее удаленного многократного эхо-сигнала. Напротив, быстрые флуктуации этой разницы означают, что два кванта не относятся более к одному интервалу передачи. Таким образом, исходя из разницы двух квантов, определяют момент изменения интервала передачи и, следовательно, синхронизацию интервалов передачи, именуемую пакет-синхронизация. Это устройство пакет-синхронизации функционирует на частоте квантования . В данном варианте выполнения схема демодуляции 25 образована схемой вычисления быстрого преобразования Фурье. Описанный приемник предназначен для получения сигналов, модулированных в передатчике, содержащем по меньшей мере одну схему вычисления инверсного быстрого преобразования Фурье. В качестве модуляции использована мультинесущая модуляция типа OFDM (английский термин, в переводе - деление ортогональной частоты мультиплексирования), с добавлением переходного интервала t в начале каждого интервала передачи t, причем спектр указанного сигнала содержит две последовательности контрольных импульсов K₁ и K₂, имеющие между собой фиксированную разницу частот.

Ниже приведены математические вычисления, позволяющие осуществить способ в соответствии с настоящим изобретением. Эти математические выкладки даны исходя из следующих гипотез. Для передатчика:

- число каналов равно 512;

- в данном случае сигнал образован 2048 точками для двойной частоты квантования относительно частоты Шеннона;

- тогда переходной интервал соответствует 256 квантам.

В этом случае излучаемый передатчиком сигнал может быть определен следующим выражением:



(при g=1152, то есть 1024+128 в настоящем случае),

T^е = 1/fe (t) = 0,

тогда N= 2048, D - смещение несущих в излучаемом спектре, p_j, K _jK - информация, переносимая несущими во время интервала времени [j,(j+1)], в котором f_e соответствует частоте квантования и -интервалу передачи, образованному полезной частью плюс переходный интервал.

Известным образом сигнал S(t) претерпевает при передаче и при приеме определенное число преобразований, а именно при передаче, преобразование основной полосы в промежуточную частоту f_i и преобразование промежуточная частота - высокая частота, создающее частоту f_HF, и при приеме преобразование высокая частота в промежуточную частоту и преобразование промежуточная частота - основная полоса. После преобразования, а именно на входе аналогового цифрового преобразователя 23, получают сигнал, который может быть описан выражением:



где f_i - промежуточная частота передачи,

- промежуточная частота приема,

f^R_i - теоретическая промежуточная частота приема.

f_HF - частота HF передачи,

- частота HF приема.

Полагая



получают:



Производят квантование на частоте (в приведенных выше выражениях ₁,₂,₃ представляют собой смещения частоты, которые хотят компенсировать).

На выходе аналогового цифрового преобразователя 23 получают сигнал, который может быть выражен формулой:



для одного кванта, соответствующего началу излучаемого пакета, например, j-го.

В этом случае рекуперируют информацию, излучаемую блоком n⁰, j, и производя квантование от 0 до 1151, начиная с n получают:







Смещаясь на 128 квантов, а именно:



Демодуляция при помощи схемы вычисления быстрого преобразования Фурье дает:



где p представляет амплитуду, а - фазу квантования.

Знак " " появляется из-за того, что K" K и схема FFT приемника смещена.

Если произвести исследование на l пакетов после, то есть кванты (n + l 1152 + i + 128, i = 0,... 1023), тогда n _ n + 1х1152 и j _ j + 1 (декодируют информацию (j + 1) с пакета.

Схема FFT 25 дает:



Если рассчитать:



то находим:

представляет собой вращение фазы в результате неточной установки местных гетеродинов.

В любом случае, в сигнале передачи имеются две несущие или две пилотные последовательности, K₁ и K₂, в которых являются постоянными для любого пакета j. Кроме того, эти последовательности имеют непрерывную фазу, т.е. без скачков. Анализ может быть произведен в любом месте принятого сигнала, это выражается формулами:



В этом случае различие между рассчитанными при помощи схемы FFT фазами для этих двух последовательностей и для полученных (принятых) данных, разделенных 1152х1 квантами, выражается при подстановке K_1,2 = K₁ или K₂ как:



Если вычислить:

R(₁,₂,₃,l,K₁)-R(₁,₂,₃,l,K₂) = (₁l),

то получим:



следовательно, пропорционально ₁.

Если, например, K₁ > K₂, то



Если подсчитать:



где известная постоянная, которая зависит только от номеров K₁ и K₂ несущих, использованных как пилотные последовательности. Это известное число кодируется n-битами (n зависит от желаемой точности) для ввода в D.S.P (английский термин, в переводе "цифровой процессор обработки сигнала").

Получают:



или

установлена.

Таким образом, можно видеть, что определяя (₁,l) и (₂,₃,l) можно, получить величины, позволяющие изменять частоту генератора квантования и частоту гетеродина преобразования промежуточная частота - основная полоса.

где, например, отображает фазу на выходе FFT 25 приемника для несущих K₁ и K₂ и для одного блока квантования под номером j, и где тогда данные для входного блока квантования, отделенного от блока n₀j 1152хl квантами; (₁,l) и (₂,₃l) может быть получено при реализации показанных на фиг. 3 функций. Показанный на фиг. 3 контур FFT 25 позволяет получить на выходе величины X"K" и X"K₂, соответствующие K₁ и K₂. Действительно, схема FFT не дает в прямом виде амплитуду и фазу несущих, а дает величины:



Как показано на фиг. 3, выход X"_K1 схемы 25 подключен ко входу схемы 40, реализующей задержку на l квантов, и к одному из входов делителя 41, на другой вход которого поступает сигнал с выхода схемы 40. Выход делителя 41 подключен к схеме 42, выделяющей мнимую часть сигнала с выхода делителя 41. В самом деле, если считать, что амплитуда несущих постоянная между двумя измерениями, то:



Если разница фаз невелика ( ==> слабое смещение местных гетеродинов), то можно записать:



если не используют программируемое постоянное запоминающее устройство PROM (английская аббревиатура), табулирующее функцию, как показано на фиг. 4 этот вариант будет рассмотрен ниже.

Выход схемы 42 подключен к фильтру нижних частот 43. В данном случае речь идет о схеме, которая реализует усреднение нескольких элементов, то есть реализует фильтрацию информации для устранения шума, который рассматривается в среднем нулевым. Выход схемы 43 подключен к вычитающему устройству 44. Сигнал X"K₂ с выхода схемы FFT 25 подается также на схему 40", реализующую цифровую задержку, например, на l пакетов из 1152 квантов. Сигнал X"K₂ направляется также на вход делителя 41", на другой вход которого поступает сигнал со схемы 40", при этом осуществляется деление:



Выход делителя 41" подключен к схеме выделения мнимой части 42". Выход схемы 42" подключен к фильтру нижних частот 43", аналогичному фильтру 43. Выход фильтра 43" подключен соответственно ко входу суммирующего устройства 45, на другой вход которого поступает сигнал с выхода фильтра 43, и на второй вход вычитающего устройства 44, на выходе которого получают величину (₁,l). С другой стороны выход вычитающего устройства 44 подключен к схеме 46 для умножения выходных данных на коэффициент , который известен и проквантован достаточным числом бит для получения хорошей точности.

Выход схемы 46 подключен к одному из входов вычитающего устройства 47, другой вход которого подключен к выходу суммирующего устройства 45. На выходе вычитающего устройства получают величину (₂,₃,l). С другой стороны две величины (₁,l) и (₂,₃,l) использованы для корректировки частоты местного гетеродина 222 и задающего генератора квантования 31. Кроме того, две величины (₁,l) и (₂,₃,l) также подаются на входе схемы 48 контроля времени анализа. Выходы схемы контроля времени анализа подключены к схемам 40 и 41" для изменения величины l, а именно величины измеряемой в числе пакетов по 1152 кванта цифровой задержки, и к схемам 43 и 43". Действительно, по мере приближения к идеальным величинам для местных гетеродинов, величины (₁,l) и (₂,₃,l) имеют тенденцию становиться все меньше и меньше, если только в то же самое время не увеличивают величину l, то есть время анализа, чтобы осуществлять поворот фаз. Это и является задачей схемы контроля времени анализа.

На фиг. 4 показан другой вариант получения величин (₁,l) и (₂,₃,l). Эта возможность используется без аппроксимации разницы фаз. На фиг. 4 одинаковые позиции обозначают те же, что и фиг. 3 -элементы. Они повторно не описываются. На этом чертеже делители 41 и 41" и схемы 42 и 42", вычисляющие мнимую часть, заменены памятью PROM 50, осуществляющей картезианское полярное преобразование, позволяющее получить , и двумя вычитающими устройствами 51 и 51".

Для специалистов очевидно, что фиг. 3 и 4 даны только в качестве примера.