Анализ современных цифровых радиоприемных устройств - ABCD42.RU

Анализ современных цифровых радиоприемных устройств

Анализ современных цифровых радиоприемных устройств (стр. 1 из 6)

КУРСОВАЯ РАБОТА

«Анализ современных цифровых радиоприемных устройств»

1. Обзор современных схем построения цифровых РПУ

1.1 Схемы построения цифровых РПУ

1.2 Представление сигналов в цифровой форме

2. Элементы цифровых РПУ

2.1 Цифровые фильтры

2.2 Детекторы отношений (цифровые детекторы)

2.3 Цифровая индикация, контроль и управление ЦРПУ

3. Помехоустойчивость ЦРПУ

Цифровая обработка сигналов (ЦОС) в последние годы все шире используется в радиоприемных устройствах. Прогресс в этой области вызван достижениями в микроэлектронике, позволившими создать вычислительные средства, обладающие высоким быстродействием, малыми габаритами, весом и энергопотреблением. Интерес к цифровой обработке сигналов вызван тем, что на ее основе можно создавать устройства с характеристиками, недостижимыми при использовании аналоговых методов обработки сигналов. Кроме того, применение устройств с цифровой обработкой в ряде случаев оказывается более выгодным с технической и экономической точек зрения из-за их универсальности и возможности работать в различных режимах. Сфера применения цифровой обработки непрерывно расширяется. Это радиосвязь, радио-, гидро-и звуколокация, телеметрия, анализ спектров, обнаружение сигналов на фоне помех, адаптивная коррекция каналов связи, адаптивная компенсация помех, анализ и синтез речи, радиовещание, телевидение, цифровые синтезаторы частот, цифровые методы измерений, обработка сигналов в геологоразведке, сейсмологии, медицине и т.д. [I].

Цифровую обработку сигналов следует отличать от цифровых методов передачи сообщений, когда подлежащие передаче аналоговые сигналы преобразуются в цифровую форму уже на передающей стороне. При этом может устраняться избыточность в сообщениях для снижения скорости цифрового потока. Для повышения помехозащищенности применяется избыточное кодирование, перемежение и другие методы [2].

Цифровая обработка сигналов — это более широкое понятие, чем цифровые методы передачи сообщений. Она включает в себя, кроме описанных выше преобразований, додетекторную обработку (фильтрацию), детектирование и последетекторную обработку сигналов цифровыми методами. При этом передаваемые по каналам связи сообщения могут быть как цифровыми, так и аналоговыми. Цифровая обработка сигналов может охватывать не только фильтрацию и детектирование на приемной стороне, но и формирование модулированных или манипулированных сигналов на входе канала связи цифровыми методами.

Несмотря на множество уже решенных технических задач, в области применения ЦОС существует ряд проблем, которые сдерживают широкое применение цифровой обработки в радиоприемных устройствах различного назначения. Это ограниченное быстродействие цифровой элементной базы, ограниченные разрядность и быстродействие преобразователей аналоговых сигналов в цифровые, возникающие при ЦОС дополнительные искажения и шумы, ухудшение массогабаритных, энергетических и экономических характеристик устройств ЦОС по сравнению с аналоговыми, недостаточно разработанные теоретические вопросы и методы расчета элементов и устройств ЦОС с заданными качественными показателями. Эти проблемы связаны как с отсутствием требуемой элементной базы, так и со сложностью происходящих в устройствах ЦОС процессов, математическое описание которых во временной и спектральной областях оказывается гораздо более сложным, чем в аналоговых устройствах. Вместе с тем цифровая обработка сигналов, несмотря на указанные недостатки, имеет ряд преимуществ перед аналоговой обработкой:

значительно более высокую точность обработки сигналов по сложным алгоритмам;

гибкую оперативную перестройку алгоритмов обработки сигналов, обеспечивающую как создание многорежимных устройств, так и реализацию адаптивных систем;

высокую технологичность изготовления устройств ЦОС, связанную с отсутствием необходимости настройки при изготовлении и регулировки при эксплуатации;

высокую степень совпадения и повторяемости характеристик реализованных устройств с расчетными характеристиками;

возможность построения развивающихся интеллектуальных систем, способных к реконфигурации, поиску и обнаружению неисправностей;

большие возможности автоматизации проектирования устройств с ЦОС;

высокостабильные эксплуатационные характеристики устройств с ЦОС.

Эти преимущества позволяют применять цифровую обработку сигналов во многих радиоприемных устройствах.

В данной работе будут проанализированы различные схемы цифровых РПУ и сделаны выводы об их преимуществах, и применении в современной авиационной радиоэлектронной аппаратуре.

1.Обзор современных схем построения ЦРПУ

1.1 Схемы построения цифровых РПУ

Обобщенная схема цифрового радиоприемного устройства представлена на рисунке 1.

Развитие техники и технологии цифровых интегральных схем привело к тому, что заключительное смешивание и фильтрация, осуществляемые в каскадах ПЧ, могут производиться уже в цифровой области. В приемниках с цифровой ПЧ происходит оцифровывание непосредственно сигнала ПЧ. В качестве ПЧ гетеродина используется прямой цифровой синтезатор частот ПЦС называемый иногда генератором с цифровым (программным) управлением. Это устройство реализовано полностью с использованием цифровой техники и выполняется в виде специализированной интегральной схемы. Генератор формирует цифровые выборки двух синусоид с точным сдвигом по фазе на 90 градусов

Важным является то, что интенсивность формирования выходных выборок синусоиды всегда определяется опорной частотой, независимо от номинала генерируемой частоты. Номинал выходной частоты устанавливается путем изменения величины приращения фазы на выборку. Малое приращение фазы на выборку соответствует низким частотам, большое приращение — высоким частотам. Величина приращения фазы на выборку прямо пропорциональна выходной частоте и программируется в диапазоне от 0 до

Опорный сигнал АЦП подается на гетеродин ПЦС. Цифровые выборки синусоиды с выхода гетеродина определяются опорной частотой

Основа приёмного канала — АЦП. Аналого-цифровой преобразователь (АЦП, Analog-to-digital converter, ADC) — устройство, преобразующее входной аналоговый сигнал в дискретный код (цифровой сигнал). Обратное преобразование осуществляется при помощи ЦАП (цифро-аналогового преобразователя, DAC).

Как правило, АЦП — электронное устройство, преобразующее напряжение в двоичный цифровой код. Тем не менее, некоторые неэлектронные устройства с цифровым выходом, следует также относить к АЦП, например, некоторые типы преобразователей угол-код. Простейшим одноразрядным двоичным АЦП является компаратор.

АЦП позволяет перейти от аналогового к цифровому представлению сигнала для дальнейшего его анализа в схеме цифровой обработки сигнала.

Для корректной работы АЦП в канале также присутствуют ещё два устройства.МШУ — малошумящий усилитель поднимает амплитуду сигнала до требуемого уровня для дальнейшей оцифровки.Устройство защиты приёмника — в простейшем случае — обычный разрядник не позволяющий перегрузить приёмный канал высоким уровнем сигнала (помехи).

На рисунке 2 изображена структурная схема одного канала современного приёмного многоканального комплекса, в котором использованы современные технические решения в области цифровой обработки радиосигнала на ПЧ.

АЦП преобразует аналоговый сигнал, поступающий с выхода широкополосной ПЧ, в цифровой поток отсчётов и дальнейшая обработка выполняется цифровым образом.

Основные элементы цифровой части приёмника сосредоточены в модуле цифрового приёмника. Этот модуль производит канальную фильтрацию и демодуляцию сигнала. Модуль может обрабатывать один или несколько каналов приёма. Основные компоненты модуля — высокочастотный АЦП, цифровой квадратурный понижающий преобразователь DDC(их может быть несколько) и сигнальный процессор (процессоры).

Кроме перечисленных функций, модуль цифрового приёмника может производить мониторинг спектра входного сигнала с помощью БПФ.

С выхода модуля информационный поток демодулированных данных от одного или нескольких каналов прёма поступает в вычислительную среду для дальнейшей обработки. В эту вычислительную среду поступают данные и от других аналогичных приёмных модулей, которые подключены к выходу ПЧ аналоговых приёмных трактов других диапазонов.

Принципы построения радиоприемников с цифровой обработкой сигнала

В статье рассматриваются принципы разработки цифровых радиоприемных устройств, аппаратные и программные средства для их проектирования и вопросы применения различных видов цифровых фильтров в радиоприемных устройствах.

В статье «Активные фильтры в приемных устройствах радиовещательного диапазона», опубликованной в ЭК №10, 2010, рассматривались различные варианты построения преселекторов радиоприемных устройств, среди которых схемы с использованием кварцевых фильтров, одно- и многоконтурных индукционных фильтров. Основное внимание было уделено применению активных безындукционных фильтров на основе высокочастотных операционных усилителей.

Анализ, проведенный при проектировании и изготовлении полосового эллиптического фильтра 9-го порядка показал, что проектирование активных фильтров с применением современных программных средств (в примере использовалась программа Filter Solutions 2006) занимает минимум времени и предполагает только точные требования к спецификации фильтра, после чего программное обеспечение производит все необходимые расчеты и формирует соответствующую схему. Однако дальнейшая реализация полученной схемы и тестирование выявили ряд недостатков, которые могут распространяться и на другие виды аналоговых фильтров.

В частности, номиналы элементов, используемые для получения требуемой характеристики, часто не входят в стандартные ряды сопротивлений и емкостей. Использование ближайших стандартных значений может привести к искажению характеристик фильтра, а комбинирование нескольких элементов или использование подстроечных вызывает увеличение массогабаритных характеристик и дополнительные сложности с подстройкой многоконтурной схемы. Кроме того, схемы, в которых используются элементы с малыми номиналами, более подвержены влиянию паразитных емкостей, сопротивлений и индуктивностей, что осложняет синтез фильтров высокого порядка, вызывает трудности в согласовании каскадов, подборе элементов и т.д.

В итоге можно отметить, что активные фильтры действительно могут применяться в качестве преселекторов в радиоприемных устройствах, однако их синтез и настройка требуют много времени, определенных практических и теоретических навыков как в схемотехнике, так и в проектировании топологии печатной платы, что затрудняет получение качественного, дешевого и простого в регулировке активного фильтра.

С развитием цифровых технологий все большее внимание уделяется построению радиоприемных трактов с применением цифровой обработки сигналов (ЦОС), называемых в литературе SDR — software defined radio. Эта технология основывается на возможности оцифровки радиосигнала в реальном времени и последующей обработке программными или аппаратными цифровыми средствами — цифровыми сигнальными процессорами, ПЛИС и т.д. Технология SDR позволяет осуществлять прием и демодуляцию сигналов, в которых используются цифровые виды модуляции, такие как DPSK, QAM, GMSK и т.д. В зависимости от частоты и ширины спектра принимаемого сигнала цифровая обработка в приемнике может использоваться как по радиочастоте (см. рис. 1), так и после переноса сигнала на фиксированную промежуточную частоту — обработка по ПЧ (см. рис. 2).

Радиоприемники с цифровой обработкой сигнала по ПЧ относятся к супергетеродинному типу и имеют ряд преимуществ перед приемниками прямого преобразования — возможность работы в большом диапазоне частот, хорошая селективность и чувствительность во всём диапазоне [1]. Приемники такого типа используются в профессиональной связной аппаратуре, к которой предъявляются жесткие технические требования. В числе недостатков супергетеродинных приемников — относительно высокое энергопотребление и большие размеры из-за использования аналоговых элементов.

Читайте также  Анализ поэмы Рылеева Войнаровский

К преимуществам приемников прямого преобразования относятся малое энергопотребление и возможность размещения всех элементов в небольшом портативном устройстве (в идеале в корпусе одной микросхемы), однако по избирательности, чувствительности и динамическому диапазону эти устройства уступают супергетеродинным приемникам.

При обработке сигналов с частотами, не превышающими несколько десятков МГц, скорость современных АЦП (для АЦП последовательного приближения она составляет несколько сотен Мвыб/с при разрядности до 12 бит) позволяет использовать классический принцип дискретизации в соответствии с теоремой Котельникова, согласно которой частота выборок должна быть как минимум в два раза больше верхней частоты в спектре дискретизируемого сигнала. При этом оцифровке подвергается диапазон частот от постоянной составляющей до половины частоты дискретизации, и на входе АЦП достаточно использовать аналоговый ФНЧ для защиты от наложения спектров. Для высокочастотных сигналов используется полосовая дискретизация (under sampling), которая позволяет обойти ограничение, накладываемое теоремой Котельникова для обработки узкополосных сигналов, у которых ширина спектра много меньше абсолютного значения центральной частоты. Этому условию соответствуют практически все радиосигналы. В этом случае теорема Котельникова звучит следующим образом: для сохранения информации о сигнале частота его дискретизации должна быть равной или большей, чем удвоенная ширина его полосы [4]. Математически условие, которое должна выполнять частота дискретизации, описывается выражением (1) [5]:

где: fc — центральная частота в спектре сигнала; fs — частота дискретизации; B — ширина спектра сигнала; m — произвольное целое число, выбираемое таким образом, чтобы выполнялось соотношение fS≥2B.

При полосовой дискретизации оцифровке подвергается не вся полоса частот, а лишь небольшая ее часть. При этом для защиты от наложения спектра необходимо использовать полосовые аналоговые фильтры. Стоит также отметить, что полосовая дискретизация позволяет одновременно с оцифровкой сигнала произвести перенос его спектра на низкую частоту.

В обоих случаях на входе преобразователя необходимо использовать аналоговые фильтры для защиты от наложения спектра. При этом, чем выше частота дискретизации, тем менее жесткие требования предъявляются к аналоговому фильтру. На практике разработчики стараются обеспечить такую частоту дискретизации, чтобы на входе АЦП было достаточно использовать трех- или четырехкаскадный пассивный фильтр. Для рассматриваемого в предыдущей статье диапазона частот (до 25 МГц) можно применить как схему с непосредственной дискретизацией сигнала по Котельникову, так и полосовую дискретизацию.

Цифровые устройства в радиоприемнике решают следующие задачи: выделение требуемого канала, перенос спектра сигнала на низкую частоту и декодирование содержащихся в сигнале данных или детектирование. Для решения этих задач могут применяться различные устройства и их сочетания. Первичную, неинтеллектуальную обработку, включающую канальную фильтрацию, гетеродинирование, понижение частоты дискретизации (децимацию), чаще всего выполняют либо при помощи быстродействующей программируемой логики (FPGA), либо в специализированных микросхемах — цифровых приемниках (digital down converter — DDC).

В качестве примера подобных микросхем можно привести AD6620 компании ADI и 1288ХК1Т производства ФГУП НПЦ «Элвис», структура которой изображена на рисунке 3. Подробно возможности данного устройства описаны в [2], отметим лишь некоторые из них:

– наличие 4-х независимых каналов для обработки 16-разрядных сигналов;

– скорость входного потока данных до 100 МГц в каждом канале;

– совместимость со многими типами АЦП;

– возможность гибкой настройки внутренней структуры микросхемы для обработки как действительных, так и комплексных сигналов.

Микросхема содержит CIC-фильтры для понижения частоты дискретизации, по два КИХ-фильтра 64 порядка в каждом канале, цифровые гетеродины для получения квадратурных сигналов и удобный выходной интерфейс для чтения данных. Коэффициенты фильтров, коэффициенты децимации каждого каскада, маршрутизация данных внутри чипа и многие другие параметры задаются программно. Все это делает микросхему 1288ХК1Т и ее аналоги удобными для применения в самых разных системах цифрового приема. Для окончательной обработки сигнала, декодирования данных, обработки декодированного битового потока и реализации протоколов более высокого уровня применяются цифровые сигнальные процессоры.

После дискретизации задача выделения требуемого канала решается при помощи цифровых фильтров, которые представляют собой набор постоянных чисел — коэффициентов фильтра, количество и значения которых определяют его вид и крутизну характеристики. Различают два основных класса цифровых фильтров — нерекурсивные (КИХ-фильтры) и рекурсивные (БИХ-фильтры). КИХ-фильтры имеют известные преимущества перед рекурсивными, которые заключаются в их устойчивости, меньшей подверженности эффектам квантования и возможности получения линейной фазовой характеристики, что особенно важно в системах связи. В этой связи в цифровых радиоприемных устройствах более широкое распространение получили именно нерекурсивные фильтры.

Для проектирования цифровых фильтров, также как и для разработки аналоговых активных и пассивных фильтров, применяются разнообразные программные средства. Для расчета коэффициентов фильтра от разработчика требуется только определение требований к фильтру, но не знание алгоритмов и методов расчета коэффициентов. Широкое распространение для проектирования дискретных фильтров получил пакет Matlab, т.к. он позволяет провести расчет фильтра различными методами, с применением разных окон и т.д. Кроме того, для расчета коэффициентов фильтра можно использовать, как режим командной строки, так и графический интерфейс приложения Filter design and analysis tool (FDA Tool).

После расчета, как правило, коэффициенты фильтра сохраняются в файле необходимого формата для дальнейшего использования в соответствующей программе, однако в возможности пакета Matlab входит также моделирование работы фильтра в цифровой системе при помощи приложения Simulink и загрузка в поддерживаемые отладочные комплекты.

По сравнению с аналоговыми цифровые фильтры имеют следующие преимущества [3]:

– возможность получения недоступных для аналоговых фильтров характеристик (как крутизны АЧХ, так и линейности ФЧХ). Увеличение порядка цифрового фильтра приводит лишь к увеличению количества математических операций, так что порядок фильтра ограничен только быстродействием цифровой системы;

– цифровые фильтры не подвержены влиянию старения и температурного дрейфа параметров;

– т.к. цифровой фильтр представляет собой набор чисел — коэффициентов, то для изменения характеристики достаточно изменить набор коэффициентов, что делает возможным создание адаптивных фильтров;

– цифровые фильтры могут работать как с низкочастотными, так и с высокочастотными сигналами.

Подводя итоги, хочется отметить, что появление радиоприемных устройств с цифровой обработкой сигналов стало логичным продолжением развития цифровой техники. Использование цифровой обработки сигналов позволило разрабатывать системы высокоскоростного обмена данными по радиоканалам с применением цифровых методов модуляции радиосигнала. В зависимости от стадии приема, на которой используется цифровая обработка, возможно получение как недорогих, компактных и малопотребляющих устройств вплоть до систем на кристалле, так и изделий, отвечающих жестким требованиям по избирательности, динамическому диапазону, чувствительности и другим параметрам, что достигается правильным сочетанием аналоговой и цифровой частей приемного тракта. Наиболее вероятно, что в перспективе развитие «цифрового» приема будет идти по пути увеличения скоростей дискретизации и обработки, что позволит охватить все более широкий диапазон частот, и при этом будет уменьшаться доля аналоговой схемотехники в структуре приемника.

1. Скляр Б. Цифровая связь. Теоретические основы и практическое применение. Изд. 2-е, испр. Пер с англ. — М.: Издательский дом «Вильямс», 2003.

2. Техническое описание СБИС четырехканального цифрового приемника 1288ХК1Т (www.MultiCore.ru).

3. Айфичер Э., Джервис Б. Цифровая обработка сигналов: практический подход, 2-е издание. Пер. с англ. — М.: Издательский дом «Вильямс», 2004.

4. Аналого-цифровое преобразование. Под. ред. У. Кестера. Пер с англ. под ред. Е.Б. Володина. — М.: Техносфера, 2007.

5. Лайонс Р. Цифровая обработка сигналов: 2-е изд. Пер. с англ. — М.: ООО «Бином-Пресс», 2006.

Схемы построения цифровых РПУ

КУРСОВАЯ РАБОТА

« Анализ современных цифровых радиоприемных устройств »

Содержание

1. Обзор современных схем построения цифровых РПУ

1.1 Схемы построения цифровых РПУ

1.2 Представление сигналов в цифровой форме

2. Элементы цифровых РПУ

2.1 Цифровые фильтры

2.2 Детекторы отношений (цифровые детекторы)

2.3 Цифровая индикация, контроль и управление ЦРПУ

3. Помехоустойчивость ЦРПУ

Введение

Цифровая обработка сигналов (ЦОС) в последние годы все шире используется в радиоприемных устройствах. Прогресс в этой области вызван достижениями в микроэлектронике, позволившими создать вычислительные средства, обладающие высоким быстродействием, малыми габаритами, весом и энергопотреблением. Интерес к цифровой обработке сигналов вызван тем, что на ее основе можно создавать устройства с характеристиками, недостижимыми при использовании аналоговых методов обработки сигналов. Кроме того, применение устройств с цифровой обработкой в ряде случаев оказывается более выгодным с технической и экономической точек зрения из-за их универсальности и возможности работать в различных режимах. Сфера применения цифровой обработки непрерывно расширяется. Это радиосвязь, радио-, гидро-и звуколокация, телеметрия, анализ спектров, обнаружение сигналов на фоне помех, адаптивная коррекция каналов связи, адаптивная компенсация помех, анализ и синтез речи, радиовещание, телевидение, цифровые синтезаторы частот, цифровые методы измерений, обработка сигналов в геологоразведке, сейсмологии, медицине и т.д. [I].

Цифровую обработку сигналов следует отличать от цифровых методов передачи сообщений, когда подлежащие передаче аналоговые сигналы преобразуются в цифровую форму уже на передающей стороне. При этом может устраняться избыточность в сообщениях для снижения скорости цифрового потока. Для повышения помехозащищенности применяется избыточное кодирование, перемежение и другие методы [2].

Цифровая обработка сигналов — это более широкое понятие, чем цифровые методы передачи сообщений. Она включает в себя, кроме описанных выше преобразований, додетекторную обработку (фильтрацию), детектирование и последетекторную обработку сигналов цифровыми методами. При этом передаваемые по каналам связи сообщения могут быть как цифровыми, так и аналоговыми. Цифровая обработка сигналов может охватывать не только фильтрацию и детектирование на приемной стороне, но и формирование модулированных или манипулированных сигналов на входе канала связи цифровыми методами.

Читайте также  Российский рынок акций: анализ и перспективы развития

Несмотря на множество уже решенных технических задач, в области применения ЦОС существует ряд проблем, которые сдерживают широкое применение цифровой обработки в радиоприемных устройствах различного назначения. Это ограниченное быстродействие цифровой элементной базы, ограниченные разрядность и быстродействие преобразователей аналоговых сигналов в цифровые, возникающие при ЦОС дополнительные искажения и шумы, ухудшение массогабаритных, энергетических и экономических характеристик устройств ЦОС по сравнению с аналоговыми, недостаточно разработанные теоретические вопросы и методы расчета элементов и устройств ЦОС с заданными качественными показателями. Эти проблемы связаны как с отсутствием требуемой элементной базы, так и со сложностью происходящих в устройствах ЦОС процессов, математическое описание которых во временной и спектральной областях оказывается гораздо более сложным, чем в аналоговых устройствах. Вместе с тем цифровая обработка сигналов, несмотря на указанные недостатки, имеет ряд преимуществ перед аналоговой обработкой:

значительно более высокую точность обработки сигналов по сложным алгоритмам;

гибкую оперативную перестройку алгоритмов обработки сигналов, обеспечивающую как создание многорежимных устройств, так и реализацию адаптивных систем;

высокую технологичность изготовления устройств ЦОС, связанную с отсутствием необходимости настройки при изготовлении и регулировки при эксплуатации;

высокую степень совпадения и повторяемости характеристик реализованных устройств с расчетными характеристиками;

возможность построения развивающихся интеллектуальных систем, способных к реконфигурации, поиску и обнаружению неисправностей;

большие возможности автоматизации проектирования устройств с ЦОС;

высокостабильные эксплуатационные характеристики устройств с ЦОС.

Эти преимущества позволяют применять цифровую обработку сигналов во многих радиоприемных устройствах.

В данной работе будут проанализированы различные схемы цифровых РПУ и сделаны выводы об их преимуществах, и применении в современной авиационной радиоэлектронной аппаратуре.

Обзор современных схем построения ЦРПУ

Схемы построения цифровых РПУ

Обобщенная схема цифрового радиоприемного устройства представлена на рисунке 1.

Развитие техники и технологии цифровых интегральных схем привело к тому, что заключительное смешивание и фильтрация, осуществляемые в каскадах ПЧ, могут производиться уже в цифровой области. В приемниках с цифровой ПЧ происходит оцифровывание непосредственно сигнала ПЧ. В качестве ПЧ гетеродина используется прямой цифровой синтезатор частот ПЦС называемый иногда генератором с цифровым (программным) управлением. Это устройство реализовано полностью с использованием цифровой техники и выполняется в виде специализированной интегральной схемы. Генератор формирует цифровые выборки двух синусоид с точным сдвигом по фазе на 90 градусов

Важным является то, что интенсивность формирования выходных выборок синусоиды всегда определяется опорной частотой, независимо от номинала генерируемой частоты. Номинал выходной частоты устанавливается путем изменения величины приращения фазы на выборку. Малое приращение фазы на выборку соответствует низким частотам, большое приращение — высоким частотам. Величина приращения фазы на выборку прямо пропорциональна выходной частоте и программируется в диапазоне от 0 до . Важным компонентом такого приемника является цифровой смеситель, фактически состоящий из двух цифровых перемножителей. Цифровые выборки входного сигнала от АЦП математически перемножаются с цифровыми выборками синуса и косинуса, поступающими с выхода цифрового гетеродина. В отличие от аналоговых смесителей, которые создают также много нежелательных компонент на выходе смесителя, цифровые смесители являются практически идеальными устройствами и производят только два выходных сигнала суммарной и разностной частот.

Опорный сигнал АЦП подается на гетеродин ПЦС. Цифровые выборки синусоиды с выхода гетеродина определяются опорной частотой , и генерируются со скоростью, равной частоте выборки АЦП, будучи синхронизированными одним опорным сигналом . Использование цифровой ПЧ кроме всего прочего позволяет избежать проявления разбаланса каналов I и Q, что приводит к хорошему подавлению зеркального канала. Эта архитектура, однако, требует применения быстродействующего АЦП, а это влечет за собой увеличение тока потребления всего тракта приема.

Основа приёмного канала — АЦП. Аналого-цифровой преобразователь (АЦП, Analog-to-digital converter, ADC) — устройство, преобразующее входной аналоговый сигнал в дискретный код (цифровой сигнал). Обратное преобразование осуществляется при помощи ЦАП (цифро-аналогового преобразователя, DAC).

Как правило, АЦП — электронное устройство, преобразующее напряжение в двоичный цифровой код. Тем не менее, некоторые неэлектронные устройства с цифровым выходом, следует также относить к АЦП, например, некоторые типы преобразователей угол-код. Простейшим одноразрядным двоичным АЦП является компаратор.

АЦП позволяет перейти от аналогового к цифровому представлению сигнала для дальнейшего его анализа в схеме цифровой обработки сигнала.

Для корректной работы АЦП в канале также присутствуют ещё два устройства.МШУ — малошумящий усилитель поднимает амплитуду сигнала до требуемого уровня для дальнейшей оцифровки.Устройство защиты приёмника — в простейшем случае — обычный разрядник не позволяющий перегрузить приёмный канал высоким уровнем сигнала (помехи).

На рисунке 2 изображена структурная схема одного канала современного приёмного многоканального комплекса, в котором использованы современные технические решения в области цифровой обработки радиосигнала на ПЧ.

АЦП преобразует аналоговый сигнал, поступающий с выхода широкополосной ПЧ, в цифровой поток отсчётов и дальнейшая обработка выполняется цифровым образом.

Основные элементы цифровой части приёмника сосредоточены в модуле цифрового приёмника. Этот модуль производит канальную фильтрацию и демодуляцию сигнала. Модуль может обрабатывать один или несколько каналов приёма. Основные компоненты модуля — высокочастотный АЦП, цифровой квадратурный понижающий преобразователь DDC(их может быть несколько) и сигнальный процессор (процессоры).

Кроме перечисленных функций, модуль цифрового приёмника может производить мониторинг спектра входного сигнала с помощью БПФ.

С выхода модуля информационный поток демодулированных данных от одного или нескольких каналов прёма поступает в вычислительную среду для дальнейшей обработки. В эту вычислительную среду поступают данные и от других аналогичных приёмных модулей, которые подключены к выходу ПЧ аналоговых приёмных трактов других диапазонов.

В модуле цифрового приёмника отсчёты с выхода АЦП обрабатываются специализированным сигнальным процессором DDC (Digital Down Converter). Функции этого процессора — преобразование информативного спектра частот в область низких (нулевых) частот, квадратурная фильтрация и децимация отсчётов сигнала. По реализуемым функциям — это цифровой приёмник прямого преобразования. DDC имеет два перемножителя, генератор отсчетов SIN и COS, идентичные каналы НЧ децимирующих фильтров. Частота настройки внутреннего генератора может изменяться в диапазоне от 0 до 25МГц (до половины тактовой частоты DDC). Частота среза фильтров изменяется от сотен Гц до сотен кГц. Процессор производит децимацию отсчётов сигнала для того, чтобы скорость потока данных с выхода DDC была сообразна ширине спектра выходного сигнала.

На рисунке 3 показано преобразование спектра сигнала с выхода АЦП, производимое DDC.

Следует отметить, что на выходе DDC отношение Сигнал/Шум выше, чем на входе, из-за эффекта процессорного усиления. Возрастание отношения Сигнал/Шум весьма значительное и составляет 20-40дБ.

Радиоприемные устройства

Министерство образования Республики Беларусь

«Белорусский государственный университет

информатики и радиоэлектроники»

К защите допускаю

“_______” _______________2006 г.

“_________” _____________2006 г.

к курсовому проекту:

Курочкин А.Е. Якуш Р.А.

1. Обоснование требований ТЗ…………………………………..……5

2. Разработка структурной схемы…………….………. ……………6

3. Предварительный расчёт…………………….…………………. 9

4. Электрический расчёт узлов РПУ……………………………….…6

5. Моделирование узла временного разделения каналов …. ……. 5

6. Конструктивный расчет корпуса РПУ…..………………….…….47

Список использованной литературы……………. …….…. 52

Радиоприемные устройства входят в состав радиотехнических систем связи, т.е. систем передачи информации с помощью электромагнитных волн

Радиоприемное устройство состоит из приемной антенны, радиоприемника и оконечного устройства предназначенного для воспроизведения сигналов. Радиоприемники можно классифицировать по ряду признаков, из которых основными являются: тип схемы, вид принимаемых сигналов, назначение приемника, диапазон частот, вид активных элементов, используемых в приемнике, тип конструкции приемника.

По типу схем различают приемники детекторные, прямого усиления (без регенерации и с регенерацией), сверхрегенеративные и супергетеродинные приемники, обладающие существенными преимуществами перед приемниками других типов и широко применяемые на всех диапазонах приемников.

Принимаемые сигналы служат для передачи сообщений или измерения положения и параметров относительного движения объектов. Сигналы могут передавать сообщения от одного источника или нескольких. Для передачи информации используется изменение одного из параметров сигнала по закону изменения информационного сигнала. Используются: непрерывные колебания с изменяемой (модулированной) амплитудой, частотой или фазой; колебания, скачкообразно изменяемые (манипулированные) по амплитуде, частоте, или разности фаз; колебания с изменяемой амплитудой, частотой или фазой, которые обусловлены видеоимпульсами с амплитудной, широтной, временной, или дельта-модуляцией, а также кодовыми группами видеоимпульсов.

По назначению различают приемники связные, радиовещательные, телевизионные, радиорелейных и телеметрических линий, радиолокационные, радионавигационные и другие. Связные радиоприемники чаще всего служат для приема одноканальных непрерывных сигналов с АМ (с несущей и боковыми полосами), ОБП (однополосной) и ЧМ или дискретных сигналов с амплитудной манипуляцией, частотной или фазовой. Радиовещательные приемники (монофонические) принимают одноканальные непрерывные сигналы с АМ на длинных, средних и коротких волнах и с ЧМ на ультракоротких волнах. Приемники черно-белых телевизионных программ принимают непрерывные сигналы с АМ и частичным подавлением одной боковой полосы частот и звуковые сигналы с ЧМ. Приемники цветных телевизионных программ принимают также сигналы, создающие цветное изображение. Приемники оконечных станций радиорелейных и телеметрических линий обычно предназначены для приема и разделения каналов многоканальных сигналов с частотным и временным уплотнением.

Приемники промежуточных станций радиорелейных линий (наземных и спутниковых) отличаются от приемников оконечных станций тем, что в них не происходит разделения многоканальных сигналов.

Импульсные радиолокационные приемо-передающие станции обычно излучают зондирующие радиоимпульсы с фиксированными периодами следования, длительностью импульсов, амплитудой и несущей частотой. Приемники таких станций служат для приема части энергии зондирующих сигналов, отраженной от целей. Отраженные сигналы могут быть импульсными или непрерывными, причем информация о целях может содержаться в изменении во времени амплитуды (или отношения амплитуд) и частоты (или спектре) сигналов.

Согласно рекомендации МККР (Международного консультативного комитета по радио) спектр радиосвязи делится на диапазоны. Наиболее широко распространенные приемники работают в диапазоне 30 кГц — 300 ГГц (на волнах 10 км — 1мм).

Читайте также  Анализ стихотворения Фета Сияла ночь. Луной был полон сад. Лежали

В качестве активных элементов каскадов приемников, работающих на частотах 30 кГц — 300 МГц, используются полупроводниковые приборы и электронные лампы. Предпочтение отдается полупроводниковым приборам благодаря их преимуществам (малые габаритные размеры и масса; низкие напряжения и токи питания; большой срок службы и механическая прочность).

Приемники конструктивно выполняются из отдельных (навесных) активных и пассивных элементов с печатным или объемным монтажом или из готовых интегральных микросхем, представляющих собой каскады, узлы приемников и даже целые приемники.

1. ОБОСНОВАНИЕ ТРЕБОВАНИЙ ТЗ

Техническим заданием задан следующий тип сигнала L8AJT:

7. L – излучение с модуляцией по ширине;

8. 8 – два и более канал информации;

9. A – телеграф для слухового приема;

10. J – звук коммерческого качества

11. T – временное уплотнение

Другие данные заданные ТЗ:

· Реальная чувствительность — 100 мкВ;

· Избирательность по соседнему каналу — 50 дБ;

· Избирательность по зеркальному каналу — 90 дБ;

· Коэффициент регулирования АРУ — 85 дБ.

После того, как определен тип модуляции сигнала, следует выбрать диапазон принимаемых частот и рассчитать полосу сигнала. Современные приёмники с ШИМ сигналов работают в диапазонах КВ и УКВ. Поскольку данный приемник является стационарным устройством, выбираем из рекомендованных МККР диапазонов для стационарного КВ приёмника диапазон (4.438 – 4.650) МГц. Данный диапазон обеспечивает дальность приёма днём до 600 км, ночью – до 3000 км. Следует отметить, что дальность практически не зависит от солнечной активности.

РЭС ЗИ / Лекция №8 н

Лекция №8 н

5.4. Особенности цифровых радиоприемных устройств

Общие принципы построения цифровых радиоприемных устройств. Цифровое РПУ — это приемное устройство, в котором осуществляется обработка сигнала в аналоговой и цифровой формах [2].

В цифровом радиоприемном устройстве (ЦРПУ), предназначенном для приема аналоговых сигналов, осуществляется полная или частичная цифровая обработка сигналов (ЦОС). По степени использования ЦОС ЦРПУ можно разделить на две группы: приемники, в которых отсутствует преобразование принимаемого сигнала в цифровую форму, а на цифровой элементной базе реализованы отдельные узлы, например, устройства управления, контроля, отображения информации, системы вхождения в связь, системы автоматического регулирования, цифровые синтезаторы частот, и приемники, в которых сигнал преобразуется в цифровой вид и на цифровой элементной базе выполнена часть главного тракта приема, включая цифровой фильтр селекции сигналов, цифровые демодуляторы, цифровые устройства распознавания и измерения параметров сигналов, а также вспомогательные узлы.

Рис. 5.28. Обобщенная структурная схема цифрового РПУ

Наиболее многочисленной в настоящее время является первая группа радиоприемных устройств. Практически все современные профессиональные радиоприемные устройства имеют в своем составе узлы, реализованные на цифровой базе.

К приемникам второй группы относятся устройства, в которых в аналоговом виде осуществляется предварительная фильтрация сигнала, его усиление, преобразование частоты сигнала на промежуточную частоту, далее сигнал ПЧ подвергается аналого-цифровому преобразованию и вся дальнейшая обработка сигнала осуществляется в цифровом виде.

Ко второй группе относятся практически все современные радиоприемные устройства, предназначенные для решения задач радиомониторинга. Обобщенная структурная схема цифрового радиоприемного устройства включает пять функциональных блоков, как показано на рис. 5.28.

Усилительно-преобразовательный тракт принимает сигнал от антенны, отфильтровывает его от помех, смещает спектр входного сигнала на промежуточную частоту, на которой выполняется аналого-цифровое преобразование. В состав усилительно-преобразовательного тракта могут входить вспомогательные узлы — система АРУ, аттенюаторы, ограничители и т.п., влияющие на амплитудную характеристику усилительного тракта, но не вносящие искажений в принимаемую информацию.

В тракте ЦОС осуществояется основная обработка сигнала. Он включает фильтр, в значительной степени определяющий помехоустойчивость приемного устройства, демодулятор, цепи последетекторной обработки.

Синтезатор частот преобразует частоту внешнего или собственного опорного генератора и формирует из него необходимые для работы сетки частот. Синтезатор позволяет перестраивать приемное устройство на другую входную частоту. Отдельные синтезаторы могут входить в состав следящих систем. Кроме того, синтезатор может формировать сетки частот, необходимые для работы цифровых устройств обработки сигнала.

Устройство управления и отображения реализует в автономном режиме заданный алгоритм работы приемного устройства (включение, выключение, поиск и выбор сигнала, адаптацию к меняющимся условиям работы и т.п.), позволяет оператору вручную или автоматизированно управлять приемным устройством.

Вторичный источник питания предназначен для преобразования энергии первичного источника, например стационарной сети 220 В или бортовой сети, в форму пригодную для использования непосредственно в приемном устройстве.

Виды радиоприемных устройств для радиомониторинга. Несмотря на общность принципов работы, из всего разнообразия РПУ, используемых в настоящее время для решения задач радиоыюниторинга, можно выделить несколько характерных видов, приведенных в табл. 5.2.

Для сканирующего приемника характерны высокие реальная чувствительность и избирательность, использование методов, обеспечивающих помехоустойчивость и надежность в условиях воздействия сильных импульсных, флуктуационных и сосредоточенных по спектру помех. Как правило, сканирующий приемник относится к первой группе цифровых радиоприемных устройств.

Селективный микровольтметр — вольтметр, снабженный перестраиваемым уэкополосным фильтром и благодаря этому измеряющий напряжение в полосе частот, вплоть до отдельных гармоник спектра. Наиболее совершенные селективные микровольтметры отличаются от анализаторов спектра лишь ручной перестройкой и отсутствием панорамного отображения. Селективные микровольтметры позволяют измерять уровень сигналов на выходе антенного тракта в заданной полосе для широкого рабочего диапазона частот.

Анализатор спектра (АС)—универсальный измерительный прибор, предназначенный для исследования спектрального состава сигналов и измерения их параметров. Структура АС совпадает со структурой супергетеродинного приемника. В зависимости от типа датчика входного сигнала (с соответствующими согласующими цепями) АС может использоваться в различных областях науки и техники. В частности, при использовании антенны (в качестве датчика радиосигнала) АС становится панорамным приемником. При дополнительном подключении между антенной и АС цепей предварительной селекции такой анализатор способен выполнять задачи панорамного измерительного радиоприемника.

Таблица 5.2 Типы радиоприемных устройств, используемые для радиомониторинга

2. Элементы цифровых РПУ

Основными элементами цифровых радиоприемных устройств можно считать, учитывая изложенное выше, такие элементы как цифровые фильтры, цифровые детекторы, устройства цифровой индикации и устройства контроля и управления ЦРПУ. Рассмотрим их более подробно.

Делись добром ;)

  • Введение
  • 1.1 Схемы построения цифровых РПУ
  • 1.2 Представление сигналов в цифровой форме
  • 2. Элементы цифровых РПУ
  • 2.1 Цифровые фильтры
  • 2.2 Детекторы отношений (цифровые детекторы)
  • 2.3 Цифровая индикация, контроль и управление ЦРПУ
  • 3. Помехоустойчивость ЦРПУ

Похожие главы из других работ:

1.1 Система и ее элементы

Термин «система» имеет широкий диапазон значений и в общем случае определяет ограниченное множество элементов, понятий, норм, условий с отношениями и связями между ними, образующих некоторую целостность.

4. ЛОГИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ

Для аппаратной реализации булевых выражений используется некоторый набор логических элементов, выпускаемых в виде интегральных микросхем (ИМС). Существуют специализированные ИМС.

1.5 Упругие элементы

2.2.4 Элементы схемы

На принципиальной схеме с микросхемой КР514ИД1 (рисунок 18) используются микросхемы инверторов DD2.1 и DD2.2. Логический элемент НЕ В Булевой алгебре, на которой базируется вся цифровая техника.

2.1 Элементы СППЗУ

В отличие от постоянных запоминающих устройств (ПЗУ) и однократно программируемых постоянных запоминающих устройств (ППЗУ), которые не допускают изменения однажды записанной информации.

1.1.4 Элементы И, И-НЕ, ИЛИ, ИЛИ-НЕ

Следующий шаг на пути усложнения компонентов цифровой электроники — это элементы, выполняющие простейшие логические функции. Объединяет все эти элементы то, что у них есть несколько равноправных входов (от 2 до 12) и один выход.

2.2.4 Элементы схемы

На принципиальной схеме с микросхемой КР514ИД1 (рисунок 18) используются микросхемы инверторов DD2.1 и DD2.2. Логический элемент НЕ В Булевой алгебре, на которой базируется вся цифровая техника.

1.2 Элементы сети

В качестве основных элементов сети могут использоваться детализируемые и не детализируемые подсети, устройства, сетевые приложения, протоколы и каналы связи. Рисунок 2.

8.4 Логические элементы

К155ЛН1 — инвертор Рисунок 14.

1.1.5.1 Элементы И, И-НЕ, ИЛИ, ИЛИ-НЕ

Следующий шаг на пути усложнения компонентов цифровой электроники — это элементы, выполняющие простейшие логические функции. Объединяет все эти элементы то, что у них есть несколько равноправных входов (от 2 до 12) и один выход.

1.1.7.1 Элементы И, И-НЕ, ИЛИ, ИЛИ-НЕ

Следующий шаг на пути усложнения компонентов цифровой электроники — это элементы, выполняющие простейшие логические функции. Объединяет все эти элементы то, что у них есть несколько равноправных входов (от 2 до 12) и один выход.

2.1 Логические элементы

Математической основой цифровой электроники и вычислительной техники является алгебра логики или булева алгебра (по имени английского математика Джона Буля).

2.6 Логические элементы ИЛИ-НЕ

Изменив схему логического элемента ИЛИ на МОП-транзисторах возможно получить новый, более универсальный элемент ИЛИ-НЕ, осуществляющий одновременно с логическим сложением ИЛИ и логическое отрицание (инверсию) НЕ.

1.2 Логические элементы

1.2.1 Общие сведения о логических элементах Логические элементы — это электронные схемы, реализующие простейшие логические функции. Логические элементы, схематически представляются в виде прямоугольников, на поле которых изображается символ.

2.2 Элементы сети SDH

Oсновным элементом сети SDH является мультиплексор. Обычно он оснащен некоторым количеством портов PDH и SDH: например, портами PDH на 2 и 34/45 Мбит/с и портами SDH STM-1 на 155 Мбит/c и STM-4 на 622 Мбит/c. Порты мультиплексора SDH делятся на агрегатные и трибутарные.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: