Владимир Иванович Шлома
Преселектор специализированного цифрового радиоприемного устройства
Поскольку требования к преселектору радиоприемного устройства коренным образом зависят от вида цифровой обработки, применяемой в радиоприемном устройстве, прежде чем приступать к разработке преселектора, нужно определиться с структурной схемой радиоприемного устройства.
2.
Анализ схем радиоприемников с цифровой обработкой сигнала
Из проведенного выше анализа ясно, что данное радиоприемное устройство относится к устройствам СВЧ диапазона и, по сути, является измерительным устройством. По сравнению с аппаратурой, работающей на длинных, средних, коротких и ультракоротких волнах, радиоприемные устройства СВЧ диапазона обладают рядом особенностей. Так, в диапазоне СВЧ уровень внешних помех чрезвычайно мал, если, конечно, помехи не создаются преднамеренно. Основную роль играют внутренние шумы, которые ограничивают чувствительность радиоприемного устройства. В связи с этим в радиоприемных устройствах диапазона СВЧ большое внимание уделяется уменьшению шумов всех элементов: частотно-избирательных систем, усилителей, преобразователей частоты и др. Первые каскады радиоприемного устройства обязательно должны быть малошумящими.
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, программируемыми логическими интегральными схемами (ПЛИС) и т.д. Технология SDR позволяет осуществлять прием и демодуляцию сигналов, в которых используются цифровые виды модуляции, такие как QPSK, QAM, GMSK и т.д. В зависимости от частоты и ширины спектра принимаемого сигнала цифровая обработка в приемнике может использоваться как по радиочастоте (рисунок 1), так и после переноса сигнала на фиксированную промежуточную частоту – обработка по ПЧ (рисунок 2).
Рисунок 1 – Структура приемника с ЦОС по радиочастоте
Рисунок 2 – Структура приемника с ЦОС по промежуточной частоте
Поскольку диапазон рабочих частот радиоприемного устройства от 100 МГц до 1100 МГц, в нем невозможно будет 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, так как отсутствуют АЦП с такой частотой дискретизации.
Для высокочастотных узкополосных сигналов, у которых ширина спектра много меньше абсолютного значения центральной частоты, используется полосовая дискретизация (undersampling), которая позволяет обойти ограничение, накладываемое теоремой Котельникова. 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 полосы сигнала [3]. При полосовой дискретизации оцифровке подвергается не вся полоса частот, а лишь небольшая ее часть, содержащая спектр модулированного сигнала. Полосовая дискретизация позволяет одновременно с оцифровкой сигнала произвести перенос его спектра на низкую частоту [4], при этом для защиты от наложения спектра необходимо использовать полосовые перестраиваемые фильтры, с помощью которых нужно выделять ту часть спектра, которая подлежит оцифровке. Для реализации такого радиоприемного устройства понадобится преселектор, содержащий перестраиваемый полосовой фильтр с полосой, обеспечивающей выделение заданных 12-ти каналов. Эксперимент показал, что частотные каналы базовых станций ТЕТРА не выходят за пределы полосы ∆F=1 МГц.
