Материал: Системы подвижной радиосвязи. лабораторный практикум. Федоров С.М., Бойко О.В

в рамках одной аппаратной платформы создать набор устройств, получаемых изменением встроенного программного обеспечения. Но проблем здесь немало, поскольку современные системы передачи данных работают в диапазонах свыше 1 ГГц, с частотными полосами от единиц до десятков мегагерц, используя достаточно сложные схемы модуляции. Все это предъявляет особые требования к производительности систем цифровой обработки. Проблема быстрой перенастройки средств связи и их взаимодействия привела к тому, что многие ведущие мировые бренды (фирмы-производители) телекоммуникационного оборудования стали создавать специальные устройства, позволяющие очень быстро перестраивать не только алгоритмы аутентификации и криптозащиты, но и протоколы работы в радиосети, включая выбор частотных диапазонов.

3. Основным форматом вещания радиосигнала в начале 80-х гг. прошлого века была амплитудная модуляция (AM). Качество принятого сигнала было невысоким из-за затухания в канале, искажений и шумов. Частично эти эффекты удалось

в области наземного вещания также стали осваивать технологию цифрового радио, и этому способствовали две причины. Во-первых, они понимали, что эра аналогового радио подходит к концу, весь мир переходит на более качественное цифровое вещание. Во-вторых, частотный спектр становится дефицитным, а цифровые методы обработки позволяют сжать данные, разместив больше информации на отведенной полосе. Цифровой способ вещания обеспечивает более чистый сигнал, большую зону покрытия, возможность упаковки большего объёма информации на выделенной полосе. Кроме того, пользователи

технологий все большее внимание уделяется построению радиоприемных трактов с применением цифровой обработки сигналов (ЦОС), называемых в литературе SDR – software defined radio. В зависимости от частоты и ширины спектра принимаемого сигнала цифровая обработка в приемнике может использоваться как по радиочастоте (рис. 56), так и после переноса сигнала на фиксированную промежуточную частоту – обработка по ПЧ (рис. 57).

Рис. 56. Структурная схема приёмника с ЦОС по радиочастоте

Рис. 57. Структурная схема приёмника с ЦОС по промежуточной частоте

91

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, хорошую селективность и чувствительность во всём диапазоне. 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.

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.

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 идеализированной схеме SDR-систем отсутствуют блоки аналоговой обработки (рис. 58). Однако, учитывая частотные диапазоны и ширину полос многих современных систем связи, полностью реализовать эту концепцию затруднительно.

92

Рис. 58. Идеализированная схема SDR-системы

4. В традиционном супергетеродинном приёмнике обработка сигнала полностью производится электронными схемами (рис. 59). Частота сигнала понижается до промежуточной частоты (ПЧ), после чего производится обработка.

В первых SDR-приёмниках вместо демодулятора использовался АЦП. Демодуляция и частично фильтрация сигнала производилась в сигнальном процессоре. Современные АЦП намного быстрее, поэтому DSP может выполнять больше функций. Для работы DSP необходимо знать амплитуду и фазу сигналов.

93

Сигнал в основной гетеродин полосе частот

Синтезатор частот

Рис. 59. Структурная схема супергетеродинного приёмника и первых SDR

Схема современного SDR-приёмника показана на рис. 60. Входной сигнал усиливается малошумящим усилителем и делится на компоненты I и Q путём смешивания с сигналом гетеродина из синтезатора частот в ФАПЧ (для получения квадратурной компоненты он смещается на 90˚). Частота гетеродина подстраивается под частоту сигнала, чтобы разность выходных сигналов смесителей была равна нулю в отсутствие модуляции. Для модулированного сигнала она равна сигналу основной полосы или исходному модулированному сигналу. Эта архитектура получила