[go: up one dir, main page]

RU221689U1 - Digital device for separating narrowband signals from a wideband signal - Google Patents

Digital device for separating narrowband signals from a wideband signal Download PDF

Info

Publication number
RU221689U1
RU221689U1 RU2023117695U RU2023117695U RU221689U1 RU 221689 U1 RU221689 U1 RU 221689U1 RU 2023117695 U RU2023117695 U RU 2023117695U RU 2023117695 U RU2023117695 U RU 2023117695U RU 221689 U1 RU221689 U1 RU 221689U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
channel
digital
quadrature
signal
input
Prior art date
Application number
RU2023117695U
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Сергей Александрович Гренков
Леонид Васильевич Федотов
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт прикладной астрономии Российской академии наук
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт прикладной астрономии Российской академии наук filed Critical Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт прикладной астрономии Российской академии наук
Application granted granted Critical
Publication of RU221689U1 publication Critical patent/RU221689U1/en

Links

Abstract

Полезная модель относится к радиоастрономическим системам и может быть использована в системах преобразования и регистрации сигналов для радиотелескопов. Технический результат - расширение рабочего диапазона частот входных сигналов при сокращении используемых аппаратных ресурсов. Такой результат обеспечивается за счет того, что в цифровое устройство выделения узкополосных сигналов из широкополосного сигнала между m-канальным распределителем цифровых выборок и коммутатором включен M-канальный квадратурный преобразователь, каждый канал которого состоит из последовательно соединенных квадратурного смесителя и цифрового фильтра, причем гетеродинные входы квадратурного смесителя соединены с синтезатором квадратурных сигналов, тактирующий вход которого соединен с выходом m-кратного делителя частоты. 2 ил. The utility model relates to radio astronomy systems and can be used in signal conversion and recording systems for radio telescopes. The technical result is an expansion of the operating frequency range of input signals while reducing the used hardware resources. This result is ensured due to the fact that an M -channel quadrature converter is included in the digital device for separating narrowband signals from a wideband signal between the m -channel distributor of digital samples and the switch, each channel of which consists of a series-connected quadrature mixer and a digital filter, and the heterodyne inputs of the quadrature The mixer is connected to a quadrature signal synthesizer, the clocking input of which is connected to the output of the m -fold frequency divider. 2 ill.

Description

Полезная модель относится к радиоастрономическим системам и предназначена для использования в системах преобразования и регистрации сигналов для радиотелескопов. Модель может применяться также в радиотехнической аппаратуре различного назначения (например, в технике связи) и в измерительной аппаратуре.The utility model relates to radio astronomy systems and is intended for use in signal conversion and recording systems for radio telescopes. The model can also be used in radio equipment for various purposes (for example, in communications technology) and in measuring equipment.

При проведении радиоастрономических наблюдений на большинстве действующих радиотелескопов из широкополосного шумового сигнала, принятого антенной, видеоконверторами выделяются узкополосные сигналы видеочастот, которые затем форматируются и регистрируются для последующей обработки на компьютере. Это необходимо как при радиоинтерферометрии со сверхдлинными базами (РСДБ), так и при спектральных наблюдениях. В настоящее время наиболее распространенными являются системы преобразования и регистрации сигналов на радиотелескопах, в которых широкополосный шумовой сигнал сначала преобразуется в высокоскоростной цифровой сигнал с помощью аналого-цифрового преобразователя (АЦП), а затем этот сигнал подвергается цифровой обработке перед его регистрацией (см. например монографию Кольцов Н.Е., Гренков С.А., Федотов Л.В. Цифровые радиоастрономические системы регистрации сигналов. СПб: Изд-во СПбГЭУ «ЛЭТИ». 2019. 155 с, ил.).When conducting radio astronomy observations on most operating radio telescopes, video converters extract narrow-band video frequency signals from a broadband noise signal received by an antenna, which are then formatted and recorded for subsequent processing on a computer. This is necessary both for very long baseline radio interferometry (VLBI) and for spectral observations. Currently, the most common are systems for converting and recording signals on radio telescopes, in which a broadband noise signal is first converted into a high-speed digital signal using an analog-to-digital converter (ADC), and then this signal is digitally processed before its registration (see, for example, the monograph Koltsov N.E., Grenkov S.A., Fedotov L.V. Digital radio-astronomical signal recording systems. St. Petersburg: Publishing house of St. Petersburg State Economic University "LETI". 2019. 155 p., ill.).

Отечественные системы, в которых узкополосные сигналы видеочастот выделяются из широкополосного сигнала цифровыми методами, представлены, например, в патентах на полезные модели: RU 188320 U1, МПК H04J 14/00, Цифровое устройство выделения узкополосных сигналов из широкополосного (опубл. 08.04.2019. Бюл. №10); RU 175721 U1, МПК H03D 7/00, Система преобразования и форматирования сигналов для радиоинтерферометра (опубл. 15.12.2017. Бюл. №35); а также в статье Гренков С.А., Кольцов Н.Е. Преобразователь потоков данных для радиотелескопа с цифровой системой регистрации широкополосных сигналов. Цифровые способы выделения узкополосных сигналов видеочастот из широкополосного цифрового сигнала применяются и в различных зарубежных системах, например R2DBE (см. Akiyama Kazunori, Alberdi Antxon, Alef Walter et al. First M87 Event Horizon Telescope Results. II. Array and Instrumentation // The Astrophysical Journal Letters. 875:L2 (28pp), 2019 April 10. URL: https://iopscience.iop.org/article/10.3847/2041-8213/ab0c96), DBBC3 (см. Tuccari G., Alef W., Haas R. et al New Observing Modes for the DBBC3 // IVS 2018 General Meeting Proceedings. P. 47-49. URL: https://ivscc.gsfc.nasa.gov/publications/gm2018/11_tuccari_etal.pdf), или CDAS (cm. Zheng W., Zhang J., Wang G et al. Technical Progress of the Chinese VLBI Network // IVS 2018 General Meeting Proceedings. P. 7-11. URL: https://ivscc.gsfc.nasa.gov/publications/gm2018/02_zheng_etal.pdf).Domestic systems in which narrowband video frequency signals are separated from a broadband signal by digital methods are presented, for example, in patents for utility models: RU 188320 U1, IPC H04J 14/00, Digital device for isolating narrowband signals from a broadband signal (published 04/08/2019. Bulletin . No. 10); RU 175721 U1, IPC H03D 7/00, System for converting and formatting signals for a radio interferometer (published 12/15/2017. Bulletin No. 35); and also in the article Grenkov S.A., Koltsov N.E. Data stream converter for a radio telescope with a digital system for recording broadband signals. Digital methods for extracting narrowband video frequency signals from a wideband digital signal are also used in various foreign systems, for example R2DBE (see Akiyama Kazunori, Alberdi Antxon, Alef Walter et al. First M87 Event Horizon Telescope Results. II. Array and Instrumentation // The Astrophysical Journal Letters. 875:L2 (28pp), 2019 April 10. URL: https://iopscience.iop.org/article/10.3847/2041-8213/ab0c96), DBBC3 (see Tuccari G., Alef W., Haas R . et al New Observing Modes for the DBBC3 // IVS 2018 General Meeting Proceedings. P. 47-49. URL: https://ivscc.gsfc.nasa.gov/publications/gm2018/11_tuccari_etal.pdf), or CDAS (cm Zheng W., Zhang J., Wang G et al. Technical Progress of the Chinese VLBI Network // IVS 2018 General Meeting Proceedings. P. 7-11. URL: https://ivscc.gsfc.nasa.gov/publications /gm2018/02_zheng_etal.pdf).

Наиболее близким к заявляемому устройству прототипом является устройство выделения узкополосных сигналов из широкополосного, представленное в патенте на полезную модель RU 188320 U1, МПК H04J 14/00 (опубл. 08.04.2019. Бюл. №10). Оно содержит последовательно соединенные аналого-цифровой преобразователь (АЦП), m-канальный распределитель цифровых выборок сигнала, m-канальный полифазный фильтр и коммутатор полосовых сигналов, соединенный с несколькими цифровыми видеоконверторами (ЦВК), а также генератор импульсов частоты FD дискретизации сигналов, соединенный с тактирующими входами АЦП и m-канального распределителя цифровых выборок, а также со входом m-кратного делителя частоты. Этот делитель формирует сигнал тактовой частоты FT=FD/m и его выход соединен с тактирующими входами полифазного фильтра и цифровых видеоконверторов. Чтобы обеспечить возможность выделения узкополосных сигналов на любых частотах в полосе частот входного широкополосного сигнала, к выходу распределителя цифровых выборок подключен m-канальный квадратурный смеситель, соединенный гетеродинными входами с синтезатором квадратурных сигналов, а своими выходами - с дополнительным m-канальным полифазным фильтром, выходы которого соединены с дополнительными входами коммутатора полосовых сигналов. Частота настройки синтезатора квадратурных сигналов в четыре раза меньше тактовой частоты упомянутых полифазных фильтров и цифровых видеоконверторов. Поэтому полосовые сигналы, формируемые дополнительным полифазным фильтром, смещаются по частоте на половину полосы относительно полосовых сигналов, формируемых основным m-канальным полифазным фильтром. Это позволяет избежать искажений при выделении в ЦВК сигналов в узких полосах частот около нулевой частоты, FT, FT/2 и их гармоник, так как при этом можно использовать полосовые сигналы, смещенные по частоте с помощью дополнительно введенного комплексного полифазного фильтра.The prototype closest to the claimed device is a device for separating narrowband signals from broadband, presented in the utility model patent RU 188320 U1, IPC H04J 14/00 (published 04/08/2019. Bulletin No. 10). It contains a serially connected analog-to-digital converter (ADC), an m-channel distributor of digital signal samples, an m-channel polyphase filter and a bandpass signal switch connected to several digital video converters (DVC), as well as a signal sampling frequency pulse generator F D connected with clocking inputs of the ADC and m-channel digital sample distributor, as well as with the input of an m-fold frequency divider. This divider generates a clock signal F T =F D /m and its output is connected to the clock inputs of the polyphase filter and digital video converters. To ensure the ability to isolate narrowband signals at any frequency in the frequency band of the input broadband signal, an m-channel quadrature mixer is connected to the output of the digital sample distributor, connected by heterodyne inputs to a quadrature signal synthesizer, and its outputs to an additional m-channel polyphase filter, the outputs of which connected to additional inputs of the bandpass signal switch. The tuning frequency of the quadrature signal synthesizer is four times less than the clock frequency of the mentioned polyphase filters and digital video converters. Therefore, the bandpass signals generated by the additional polyphase filter are shifted in frequency by half the band relative to the bandpass signals generated by the main m-channel polyphase filter. This makes it possible to avoid distortions when isolating signals in the DCC in narrow frequency bands around zero frequency, FT , FT /2 and their harmonics, since in this case it is possible to use bandpass signals shifted in frequency using an additionally introduced complex polyphase filter.

Недостатком прототипа является ограниченный рабочий диапазон частот входного сигнала Δƒ. В соответствии с теоремой Котельникова тактовая частота дискретизации входного сигнала FD≥2Δƒ, а тактовая частота FT=FD/m, при которой работают выполненные на программируемой логической интегральной схеме (ПЛИС) основные функциональные узлы устройства, ограничена. Поэтому с увеличением Δƒ надо увеличивать не только кратность m делителя частоты, но и число параллельно работающих каналов квадратурного смесителя, а также число каналов основного и дополнительного полифазных фильтров, которое тоже равно m. При этом число входов коммутатора 2m возрастает в двукратном размере. Все это ведет к недопустимому росту аппаратурных затрат и используемых ресурсов ПЛИС, которые тоже ограничены. Например, при Δƒ=1000 МГц, FD=2048 МГц и максимально допустимой тактовой частоте работы ПЛИС 256 МГц необходимо иметь m=8. Соответственно потребуется 8-канальный квадратурный смеситель, два 8-канальных полифазных фильтра и коммутатор 16×16 при использовании шестнадцати видеоконверторов. Если же диапазон входных частот увеличится вдвое до 2000 МГц, то при той же тактовой частоте работы ПЛИС потребуется уже 16-канальный квадратурный смеситель, два 16-канальных полифазных фильтра и коммутатор 32×16, реализовать которые при ограниченных ресурсах ПЛИС проблематично.The disadvantage of the prototype is the limited operating frequency range of the input signal Δƒ. In accordance with Kotelnikov’s theorem, the sampling clock frequency of the input signal F D ≥2Δƒ, and the clock frequency F T =F D /m, at which the main functional units of the device operate on a programmable logic integrated circuit (FPGA), is limited. Therefore, with an increase in Δƒ, it is necessary to increase not only the multiplicity m of the frequency divider, but also the number of parallel operating channels of the quadrature mixer, as well as the number of channels of the main and additional polyphase filters, which is also equal to m. In this case, the number of inputs of the 2m switch doubles. All this leads to an unacceptable increase in hardware costs and FPGA resources, which are also limited. For example, with Δƒ=1000 MHz, F D =2048 MHz and the maximum permissible FPGA clock frequency of 256 MHz, it is necessary to have m=8. Accordingly, you will need an 8-channel quadrature mixer, two 8-channel polyphase filters and a 16x16 switch when using sixteen video converters. If the input frequency range doubles to 2000 MHz, then at the same clock frequency of the FPGA, a 16-channel quadrature mixer, two 16-channel polyphase filters and a 32x16 switch will be required, which is problematic to implement with limited FPGA resources.

Целью заявляемой полезной модели является расширение рабочего диапазона частот входных сигналов при сокращении используемых аппаратных ресурсов. Эта цель достигается тем, что в цифровом устройстве выделения узкополосных сигналов, содержащем последовательно соединенные АЦП входного широкополосного сигнала, m-канальный распределитель выборок сигнала и коммутатор полосовых сигналов, соединенный с несколькими цифровыми видеоконверторами, а также генератор импульсов дискретизации сигналов, соединенный с тактирующими входами АЦП и m-канального распределителя цифровых выборок, а также со входом m-кратного делителя частоты, выход которого соединен с тактирующими входами цифровых видеоконверторов, между m-канальным распределителем цифровых выборок и коммутатором включен М-канальный квадратурный преобразователь. Каждый канал этого преобразователя состоит из последовательно соединенных квадратурного смесителя и цифрового фильтра, причем гетеродинные входы квадратурного смесителя соединены с соответствующим синтезатором квадратурных сигналов (гетеродином), тактирующий вход которого соединен с выходом m-кратного делителя частоты.The purpose of the claimed utility model is to expand the operating frequency range of input signals while reducing the used hardware resources. This goal is achieved by the fact that in a digital device for separating narrowband signals, containing a series-connected ADC of an input wideband signal, an m-channel signal sample distributor and a bandpass signal switch connected to several digital video converters, as well as a signal sampling pulse generator connected to the clock inputs of the ADC and an m-channel distributor of digital samples, as well as with the input of an m-fold frequency divider, the output of which is connected to the clocking inputs of digital video converters; an M-channel quadrature converter is connected between the m-channel distributor of digital samples and the switch. Each channel of this converter consists of a quadrature mixer and a digital filter connected in series, and the heterodyne inputs of the quadrature mixer are connected to the corresponding quadrature signal synthesizer (heterodyne), the clocking input of which is connected to the output of the m-fold frequency divider.

В заявляемом в качестве полезной модели устройстве m-канальный распределитель цифровых выборок и m-кратный делитель частоты служат лишь для понижения тактовой частоты цифрового сигнала до величины, допустимой для ПЛИС. Для того чтобы избежать искажений сигналов в процессе преобразования частоты и разделения боковых полос в ЦБК, весь диапазон частот входных сигналов Δƒ с помощью М-канального квадратурного преобразователя разбивается на М одинаковых по ширине (равной 2FT) и частично перекрывающихся поддиапазонов. Величина этого перекрытия должна быть больше максимальной ширины полосы частот выделяемых узкополосных сигналов. Граничные частоты указанных поддиапазонов определяются частотами настройки гетеродинов соответствующих квадратурных преобразователей, которые вычисляются по формулеIn the device claimed as a utility model, the m-channel digital sample distributor and the m-fold frequency divider serve only to reduce the clock frequency of the digital signal to a value acceptable for the FPGA. In order to avoid signal distortion in the process of frequency conversion and separation of sidebands in the PCB, the entire frequency range of input signals Δƒ using an M-channel quadrature converter is divided into M equal in width (equal to 2F T ) and partially overlapping subranges. The amount of this overlap must be greater than the maximum bandwidth of the allocated narrowband signals. The boundary frequencies of the indicated subbands are determined by the tuning frequencies of the local oscillators of the corresponding quadrature converters, which are calculated by the formula

FGi=3 ⋅ (FD/2m) ⋅ i (1),F Gi =3 ⋅ (F D /2m) ⋅ i (1),

где i=0,1,…, (М-1) - порядковый номер поддиапазона. Внутри каждого поддиапазона может перестраиваться любой из подключенных к нему коммутатором цифровых видеоконверторов. При этом число поддиапазонов М намного меньше, чем число каналов m полифазных фильтров в прототипе полезной модели. В предлагаемом устройстве все цифровые преобразования производятся над сигналами в комплексной форме, что тоже снижает аппаратурные затраты и позволяет формировать поддиапазоны шириной 2FT. Например, для диапазона входных частот 0…2000 МГц имеем FD=4096 МГц, FT=256 МГц и М=5, частоты настройки гетеродинов квадратурных преобразователей будут 0, 384, 768, 1152 и 1536 МГц, а границы поддиапазонов соответственно -256…256; 128…640; 512…1024; 896…1408; 1280…1792 МГц. В комплексной области полоса частот от 1792 до 2000 МГц попадает в первый из указанных поддиапазонов.where i=0,1,…, (M-1) is the serial number of the subrange. Within each subband, any of the digital video converters connected to it by the switch can be reconfigured. In this case, the number of subbands M is much less than the number of channels m of polyphase filters in the prototype of the utility model. In the proposed device, all digital conversions are performed on signals in a complex form, which also reduces hardware costs and allows the formation of subbands with a width of 2F T. For example, for the input frequency range 0...2000 MHz we have F D =4096 MHz, F T =256 MHz and M=5, the tuning frequencies of the local oscillators of the quadrature converters will be 0, 384, 768, 1152 and 1536 MHz, and the boundaries of the subranges will be -256, respectively …256; 128…640; 512…1024; 896…1408; 1280…1792 MHz. In the complex region, the frequency band from 1792 to 2000 MHz falls into the first of these sub-bands.

На фигурах 1 и 2 (фиг. 1 и фиг. 2) показана структурная схема заявляемой полезной модели, где обозначено:Figures 1 and 2 (Fig. 1 and Fig. 2) show a block diagram of the proposed utility model, where it is indicated:

1 - аналого-цифровой преобразователь (АЦП),1 - analog-to-digital converter (ADC),

2 - m-канальный распределитель выборок сигнала (демультиплексор),2 - m-channel signal sample distributor (demultiplexer),

3 - M-канальный квадратурный преобразователь,3 - M-channel quadrature converter,

4 - коммутатор полосовых сигналов,4 - bandpass signal switch,

51…5N - цифровые видеоконверторы (ЦВК),5 1 ... 5 N - digital video converters (DVC),

6 - генератор импульсов частоты FD дискретизации сигналов,6 - pulse generator of frequency F D signal sampling,

7 - делитель частоты в m раз,7 - frequency divider m times,

8 - квадратурный смеситель,8 - quadrature mixer,

9 - цифровой фильтр,9 - digital filter,

10 - синтезатор квадратурных сигналов (канальный гетеродин квадратурного преобразователя).10 - quadrature signal synthesizer (channel local oscillator of the quadrature converter).

В заявляемом устройстве АЦП и генератор импульсов частоты FD выполняются на отдельных микросхемах, а другие элементы схемы формируются в ПЛИС. Вход устройства соединен с АЦП 1, выход которого соединен с m-канальным демультиплексором 2. Выход демультиплексора 2 соединен со входом М-канального квадратурного преобразователя 3 так, что m выборок входного сигнала параллельно поступают на все М каналов квадратурного преобразователя. М выходов квадратурного преобразователя 3 соединены с соответствующими входами коммутатора полосовых сигналов 4. Каждый из N выходов коммутатора соединен с одним из ЦВК 51…5N. Выходы ЦВК являются выходами заявляемой полезной модели. Тактовые входы АЦП 1, m-канального демультиплексора 2 и m-кратного делителя частоты 7 соединены с выходом генератора импульсов 6. Выход m-кратного делителя частоты 7 соединен с тактовыми входами гетеродинов М-канального квадратурного преобразователя 3 и ЦВК 51…5N. В каждом из М каналов квадратурного преобразователя 3 вход квадратурного смесителя 8 соединен с выходом m-канального распределителя 2. Два гетеродинных входа смесителя 8 подключены соответственно к выходам синусного (Sin) и косинусного (Cos) сигналов соответствующего гетеродина (синтезатора квадратурных сигналов 10). Квадратурные выходы (I и Q) смесителя 8 подключены к соответствующим входам комплексного цифрового фильтра 9, выход которого является выходом соответствующего канала М-канального квадратурного преобразователя 3.In the inventive device, the ADC and pulse generator of frequency F D are implemented on separate microcircuits, and other circuit elements are formed in the FPGA. The input of the device is connected to the ADC 1, the output of which is connected to the m-channel demultiplexer 2. The output of the demultiplexer 2 is connected to the input of the M-channel quadrature converter 3 so that m samples of the input signal are supplied in parallel to all M channels of the quadrature converter. The M outputs of the quadrature converter 3 are connected to the corresponding inputs of the bandpass signal switch 4. Each of the N outputs of the switch is connected to one of the digital control centers 5 1 ... 5 N . The outputs of the DVC are the outputs of the claimed utility model. The clock inputs of the ADC 1, the m-channel demultiplexer 2 and the m-fold frequency divider 7 are connected to the output of the pulse generator 6. The output of the m-fold frequency divider 7 is connected to the clock inputs of the local oscillators of the M-channel quadrature converter 3 and the DCC 5 1 ... 5 N . In each of the M channels of the quadrature converter 3, the input of the quadrature mixer 8 is connected to the output of the m-channel distributor 2. Two heterodyne inputs of the mixer 8 are connected, respectively, to the outputs of the sine (Sin) and cosine (Cos) signals of the corresponding local oscillator (quadrature signal synthesizer 10). The quadrature outputs (I and Q) of the mixer 8 are connected to the corresponding inputs of the complex digital filter 9, the output of which is the output of the corresponding channel of the M-channel quadrature converter 3.

Полезная модель работает следующим образом. Входной широкополосный цифровой сигнал с тактовой частотой дискретизации FD распределителем цифровых выборок 2 разделяется на m потоков с тактовой частотой FT=FD/m, которые поступают параллельно на М каналов квадратурного преобразователя 3. В каждом канале квадратурного преобразователя синтезатор квадратурных сигналов 10 (гетеродин) настроен на частоту FG, определяемую формулой (1), и формирует пару из синусного (Sin) и косинусного (Cos) сигналов гетеродина, которые поступают на соответствующие гетеродинные входы квадратурного смесителя 8. На сигнальный вход этого смесителя поступает цифровой сигнал с выхода распределителя 2. В результате преобразования частот на выходе смесителя 8 образуется комплексный цифровой сигнал с несущей частотой FG и полосой 2FT, квадратурные составляющие которого (I и Q) через подавляющий побочные спектральные компоненты комплексный цифровой фильтр 9 проходят на выход квадратурного преобразователя. Таким образом, с помощью М-канального квадратурного преобразователя 3 входной сигнал с полосой Δƒ=FD/2 разделяется на М комплексных цифровых сигналов с полосой ΔF=2FT, причем спектр каждого полученного полосового сигнала переносится к нулевой частоте (в область частот 0…2FT). В этой полосе частот работают ЦВК 51…5N, выделяющие N произвольно расставленных частотных каналов с заданной относительно узкой полосой пропускания и разделением верхней и нижней боковых полос. Предназначенные для работы ЦВК 51…5N полосовые сигналы выбираются с помощью коммутатора 4. Так как полосы частот указанных сигналов частично перекрываются, а в сумме покрывают весь частотный диапазон входных сигналов Δƒ, то обеспечивается выделение узкополосных сигналов из входного широкополосного на любых частотах в переделах Δƒ без потерь и искажений, связанных с разделением Δƒ на поддиапазоны.The utility model works as follows. The input wideband digital signal with a sampling clock frequency F D by the digital sample distributor 2 is divided into m streams with a clock frequency F T =F D /m, which are supplied in parallel to M channels of the quadrature converter 3. In each channel of the quadrature converter, a quadrature signal synthesizer 10 (local oscillator) ) is tuned to the frequency F G determined by formula (1), and forms a pair of sine (Sin) and cosine (Cos) local oscillator signals, which are supplied to the corresponding heterodyne inputs of the quadrature mixer 8. The signal input of this mixer receives a digital signal from the output of the distributor 2. As a result of frequency conversion, a complex digital signal with a carrier frequency F G and a band 2F T is formed at the output of the mixer 8, the quadrature components of which (I and Q) pass through the complex digital filter 9, which suppresses side spectral components, to the output of the quadrature converter. Thus, using an M-channel quadrature converter 3, the input signal with a band Δƒ=F D /2 is divided into M complex digital signals with a band ΔF=2F T , and the spectrum of each received band signal is transferred to zero frequency (in the frequency range 0... 2F T ). In this frequency band, DCCs 5 1 ... 5 N operate, separating N randomly spaced frequency channels with a given relatively narrow bandwidth and separation of the upper and lower sidebands. The bandpass signals intended for operation of the TsVK 5 1 ... 5 N are selected using switch 4. Since the frequency bands of the indicated signals partially overlap, and in total cover the entire frequency range of the input signals Δƒ, it is possible to isolate narrowband signals from the input broadband at any frequencies within Δƒ without losses and distortions associated with the division of Δƒ into subbands.

Экспериментальный образец заявляемой полезной модели был изготовлен на микросхемах АЦП EV10AQ190ACTPY фирмы e2v, ПЛИС XC7Z045-2FFG900E фирмы Xilinx и LTC695IIUHF, на которой реализован генератор 6. Реализация в прошивке ПЛИС m-канального распределителя 2, m- кратного делителя частоты 7 и ЦВК 5 не отличается от прототипа. Испытания образца, который в качестве канала системы преобразования сигналов на радиотелескопе обеспечил расширение рабочего диапазона частот в 2 раза при сокращении аппаратурных затрат ПЛИС, подтвердили эффективность модели и выполнение заявленной цели.An experimental sample of the claimed utility model was manufactured on ADC chips EV10AQ190ACTPY from e2v, FPGA XC7Z045-2FFG900E from Xilinx and LTC695IIUHF, on which generator 6 is implemented. The implementation in the FPGA firmware of m-channel distributor 2, m-fold frequency divider 7 and digital digital control system 5 is no different from the prototype. Tests of the sample, which, as a channel of a signal conversion system on a radio telescope, provided a 2-fold expansion of the operating frequency range while reducing FPGA hardware costs, confirmed the effectiveness of the model and the fulfillment of the stated goal.

Claims (1)

Цифровое устройство выделения узкополосных сигналов из широкополосного сигнала, содержащее последовательно соединенные аналого-цифровой преобразователь входного широкополосного сигнала, m-канальный распределитель выборок сигнала и коммутатор полосовых сигналов, соединенный с несколькими цифровыми видеоконверторами, а также генератор импульсов дискретизации сигналов, соединенный с тактирующими входами аналого-цифрового преобразователя и m-канального распределителя цифровых выборок, а также со входом m-кратного делителя частоты, выход которого соединен с тактирующими входами цифровых видеоконверторов, отличающееся тем, что между m-канальным распределителем цифровых выборок и коммутатором включен M-канальный квадратурный преобразователь, каждый канал которого состоит из последовательно соединенных квадратурного смесителя и цифрового фильтра, причем гетеродинные входы квадратурного смесителя соединены с синтезатором квадратурных сигналов, тактирующий вход которого соединен с выходом m-кратного делителя частоты.A digital device for separating narrowband signals from a wideband signal, containing a series-connected analog-to-digital converter of the input wideband signal, an m -channel signal sample distributor and a bandpass signal switch connected to several digital video converters, as well as a signal sampling pulse generator connected to the analogue clock inputs. digital converter and m -channel distributor of digital samples, as well as with the input of an m -fold frequency divider, the output of which is connected to the clocking inputs of digital video converters, characterized in that an M -channel quadrature converter is connected between the m -channel distributor of digital samples and the switch, each the channel of which consists of a series-connected quadrature mixer and a digital filter, and the heterodyne inputs of the quadrature mixer are connected to a quadrature signal synthesizer, the clocking input of which is connected to the output of the m -fold frequency divider.
RU2023117695U 2023-07-05 Digital device for separating narrowband signals from a wideband signal RU221689U1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU221689U1 true RU221689U1 (en) 2023-11-17

Family

ID=

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5315619A (en) * 1992-05-15 1994-05-24 Rca Thomson Licensing Corporation Carrier recovery processor for a QAM television signal
US7177341B2 (en) * 2000-10-10 2007-02-13 Freescale Semiconductor, Inc. Ultra wide bandwidth noise cancellation mechanism and method
RU175721U1 (en) * 2017-09-14 2017-12-15 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт прикладной астрономии Российской академии наук (ИПА РАН) SIGNAL CONVERSION AND FORMAT SYSTEM FOR RADIO INTERFEROMETER
RU188320U1 (en) * 2018-11-15 2019-04-08 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт прикладной астрономии Российской академии наук (ИПА РАН) DIGITAL DEVICE FOR ISOLATING NARROWBAND SIGNALS FROM WIDEBAND

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5315619A (en) * 1992-05-15 1994-05-24 Rca Thomson Licensing Corporation Carrier recovery processor for a QAM television signal
US7177341B2 (en) * 2000-10-10 2007-02-13 Freescale Semiconductor, Inc. Ultra wide bandwidth noise cancellation mechanism and method
RU175721U1 (en) * 2017-09-14 2017-12-15 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт прикладной астрономии Российской академии наук (ИПА РАН) SIGNAL CONVERSION AND FORMAT SYSTEM FOR RADIO INTERFEROMETER
RU188320U1 (en) * 2018-11-15 2019-04-08 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт прикладной астрономии Российской академии наук (ИПА РАН) DIGITAL DEVICE FOR ISOLATING NARROWBAND SIGNALS FROM WIDEBAND

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7489745B2 (en) Reconfigurable direct RF bandpass sampling receiver and related methods
US7436912B2 (en) Nyquist folded bandpass sampling receivers and related methods
US7688058B2 (en) Integrated spectrum analyzer circuits and methods for providing on-chip diagnostics
EP0766409B1 (en) Multiband downconverter for digital receivers
US7446692B2 (en) Digital radio system and method of operation
RU221689U1 (en) Digital device for separating narrowband signals from a wideband signal
US9191043B1 (en) Direct digital RF conversion
Daponte et al. Challenges for aerospace measurement systems: Acquisition of wideband radio frequency using Analog-to-Information converters
Kwan et al. Sub-sampling technique for spectrum sensing in cognitive radio systems
US20050096859A1 (en) Noise measurement system and method
JP7270957B2 (en) Frequency spectrum reproduction method, frequency spectrum reproduction device, receiver and reception method
US8755367B2 (en) Multi-channel reception system including a superheterodyne-type receiver associated with spectral analysers with instantaneous bandwidth
Weinreb Analog-filter digital-correlator hybrid spectrometer
US5343207A (en) Real-time wide-band compressive-receiver system
US10119803B2 (en) Signal extraction systems and methods
RU176177U1 (en) BROADBAND SIGNAL TRANSFORMATION AND REGISTRATION SYSTEM FOR RADIOASTRONOMIC INTERFEROMETER
CN110995258B (en) Circuit for reducing stray in local oscillator loop in wireless communication comprehensive tester
KR102302227B1 (en) Method for signal reconstruction
KR101421580B1 (en) Apparatus for analyzing digital spectrum and method thereof
Srinivas et al. L-band direct RF sampling receivers
US12283968B2 (en) Analog-to-information conversion using analog pre-processing sensing of multi-band signals
Chen et al. The high efficient architectures of VLBI wideband DBBC
Messaoud et al. SDR based multi-band subsampling receivers for GNSS applications
KR102302224B1 (en) Apparatus for signal reconstruction
RU2690684C1 (en) Microwave receiving device