РАДИОПРИЕМНОЕ УСТРОЙСТВО С ЦИФРОВОЙ КОРРЕКЦИЕЙ САМОПОРАЖЕННЫХ ЧАСТОТ
RADIO RECEIVER WITH DIGITAL CORRECTION OF AFFECTED FREQUENCIES

Изобретение относится к технике приема и обработки радиосигналов и может быть использовано для создания перспективных программно-определяемых радиосредств с цифровой обработкой сигналов в условиях воздействия внутренних излучений, вызываемых источниками питания радиосредства, для обеспечения устойчивой радиосвязи в сложной помеховой обстановке.
Такие приемники описаны, например, в книгах «Undersampling techniques simplify digital radio», Electronic Design, Vol. 39, May 23, 1991, No. 10, pp. 67, 68, 70, 73-75, 78 авторов Richard Groshong и Stephen Ruscar, и «Software defined radio: enabling technologies», John Wiley & Sons, Chichester, UK, 2002. - pp.440 автора W. Tuttlebee, Ed.
Сущность таких устройств заключается в дискретизации сигнала непосредственно на радиочастоте и дальнейшем приеме с помощью алгоритмов цифровой обработки сигналов с применением программируемых логических интегральных схем (ПЛИС) и цифровых сигнальных процессоров (ЦСП).
В сфере мобильных беспроводных технологий передачи информации общепринятой практикой для питания высокоскоростных цифровых микросхем, в том числе аналого-цифровых преобразователей (АЦП), ПЛИС и ЦСП, рекомендуется применять импульсные источники питания [1]. Для питания современных АЦП производителями рекомендованы импульсные источники питания [2].
В существующих аналогах [3] не уделяется внимание самопораженным частотам приемника, возникающим вследствие внутренних излучений, вызванных особенностями работы импульсных источников питания.
Наиболее близким к предлагаемому является устройство, описанное в статье «Увеличение избирательности по побочным каналам приема в программно-определяемых радиосредствах», Радиотехника. - 2013.-№12. - С. 66-76, авторов Маковий В.А., Шкуров С.А. [4], принятое за прототип.
На фиг. 1 представлена функциональная схема устройства-прототипа, где обозначено:
1 - входные цепи и преселектор;
2 - сумматор;
3 - аналогово-цифровой преобразовать (АЦП);
4 - цифровой приемный тракт;
5 - демодулятор;
6 - формирователь размывающего сигнала;
7 - формирователь отсчетов;
8 - цифроаналоговый преобразователь (ЦАП);
9 - фильтр;
10 - источник частоты дискретизации;
11 - опорный генератор (ОГ);
12 - синтезатор частот (СЧ);
13 - вторичный источник питания (ВИП).
Устройство-прототип содержит входные цепи и преселектор 1, выход которых соединен с входом сумматора 2, выход которого соединен с соответствующим входом блока АЦП 3. Выход блока АЦП соединен с демодулятором 5 через цифровой приемный тракт 4. Вход сумматора 2 также соединен с блоком формирователя размывающего сигнала 6, который состоит из последовательно соединенных блоков формирователя отсчетов 7, блока ЦАП 8 и фильтра 9. Также соответствующий вход блока АЦП 3 соединен с выходом источника частоты дискретизации 10, который состоит из последовательно соединенных блоков ОГ 11 и СЧ 12. Выход демодулятора 5 является информационным выходом радиоприемного устройства.
Во всех блоках 3-5, 7, 8 имеются стандартные тактовые входы, на которые подаются сигналы, обеспечивающие синхронизацию работы устройства в целом.
Во всех блоках 1-6, 10 имеются входы питания, на которое подается соответствующее питающее напряжение с ВИП 13, необходимое для правильной работы устройства.
Устройство-прототип работает следующим образом.
Входной радиочастотный сигнал поступает на вход радиоприемного устройства и проходит через входные цепи и преселектор 1 и поступает на вход сумматора 2, где складывается с размывающим сигналом, который поступает из формирователя размывающего сигнала 6. С выхода сумматора 2 сигнал поступает на вход блока АЦП 3, где преобразуется в цифровую форму с частотой дискретизации, которая задается сигналом с выхода источника частоты дискретизации 10. Дискретизированный сигнал с выхода блока АЦП 3 поступает на вход цифрового приемного тракта 4, где происходит цифровая обработка сигнала (ЦОС) и перенос частоты в низкочастотную (НЧ) область. С выхода цифрового приемного тракта 4 НЧ-сигнал поступает в демодулятор 5, где преобразуется в информацию и поступает на выход радиоприемного устройства.
Недостатком устройства-прототипа являются паразитные внутренние излучения, возникающие вследствие использования для питания сигнальных блоков импульсных ВИП 13. Особенность работы импульсных ВИП заключается в наличии внутреннего переключателя преобразователя напряжения, работающего на некоторой частоте преобразования, гармоники которой попадают в чувствительный приемный тракт, значительно ухудшая параметры приемника на некоторых частотах.
Задачей изобретения является реализация управления частотами преобразования импульсных ВИП для предотвращения поражения рабочих частот цифрового радиоприемного устройства.
Достигаемый технический результат - отсутствие самопораженных частот радиоприемного устройства, порождаемых паразитными излучениями импульсных ВИП.
Для решения поставленной задачи в известное радиоприемное устройство, содержащее последовательно соединенные входные цепи и преселектор, сумматор, аналого-цифровой преобразователь, цифровой приемный тракт и демодулятор, выход которого является информационным выходом устройства, а вход входных цепей и преселектора является входом устройства; формирователь размывающего сигнала, состоящий из последовательно соединенных формирователя отсчетов, цифроаналогового преобразователя и фильтра, выход которого соединен с соответствующим входом сумматора; источник частоты дискретизации, включающий последовательно соединенные опорный генератор и синтезатор частот, выход которого соединен с соответствующим входом аналого-цифрового преобразователя, причем к соответствующим входам входных цепей и преселектора, сумматора, аналого-цифрового преобразователя, цифрового приемного тракта, демодулятора, формирователя размывающего сигнала и источника частоты дискретизации подключены соответствующие выходы вторичного источника питания, согласно изобретению введены последовательно-соединенные блок цифровой коррекции частот и второй синтезатор частот, выход которого подключен к входу вторичного источника питания, а соответствующий выход цифрового приемного тракта соединен с входом блока цифровой коррекции частот, кроме того, выход опорного генератора подключен к соответствующему входу второго синтезатора частот.
Функциональная схема заявляемого устройства представлена на фиг. 2, где обозначено:
1 - входные цепи и преселектор;
2 - сумматор;
3 - аналогово-цифровой преобразовать (АЦП);
4 - цифровой приемный тракт;
5 - демодулятор;
6 - формирователь размывающего сигнала;
7 - формирователь отсчетов;
8 - цифроаналоговый преобразователь (ЦАП);
9 - фильтр;
10 - источник частоты дискретизации;
11 - опорный генератор (ОГ);
12 - синтезатор частот (СЧ);
13 - вторичный источник питания (ВИП);
14 - блок цифровой коррекции частоты преобразования (ЦКЧП);
15 - второй синтезатор частот (СЧ).
Заявляемое устройство содержит последовательно соединенные входные цепи и преселектор 1, сумматор 2, аналогово-цифровой преобразователь (АЦП) 3, цифровой приемный тракт 4 и демодулятор 5, выход которого является информационным выходом устройства. Ко второму входу сумматора 2 подключен формирователь размывающего сигнала 6, который состоит из последовательно соединенных формирователя отсчетов 7, цифроаналогового преобразователя 8 и фильтра 9. К соответствующему входу АЦП 3 подключен выход источника частоты дискретизации 10, который состоит из последовательно соединенных опорного генератора 11 и синтезатора частот (СЧ) 12. Соответствующий управляющий выход цифрового приемного тракта 4 соединен с входом блока цифровой коррекции частоты преобразования (ЦКЧП) 14, выход которого соединен с соответствующим управляющим входом второго СЧ 15, к соответствующему входу которого также подключен соответствующий выход ОГ 12. Выход второго СЧ 15 соединен с соответствующим входом вторичного источника питания (ВИП) 13.
В блоках 3-5, 7, 8, 14 имеются стандартные тактовые входы, на которые подаются сигналы, обеспечивающие синхронизацию работы устройства в целом.
Во всех блоках 1-6, 10 имеются входы питания, на которые подается соответствующее питающее напряжение с ВИП 13, необходимое для правильной работы устройства.
Заявляемое устройство работает следующим образом.
Входной радиочастотный сигнал поступает на вход радиоприемного устройства и проходит через входные цепи и преселектор 1, где осуществляется предварительная фильтрация и усиление сигнала, результат поступает на вход сумматора 2, где складывается с размывающим сигналом, который поступает из формирователя размывающего сигнала 6. С выхода сумматора 2 смесь сигналов поступает на сигнальный вход АЦП 3; на второй вход АЦП 3 также поступает частота дискретизации с источника частоты дискретизации 10, в котором с помощью ОГ 11 и первого СЧ 12 она формируется.
С выхода АЦП 3 дискретизированный сигнал поступает на вход цифрового приемника 4, где происходит фильтрация, перенос по частоте и понижение частоты дискретизации; далее в демодуляторе 5 принимается решение о приеме сигнала, а принятая информация поступает на информационный выход радиоприемного устройства.
С управляющего выхода цифрового приемника 4 в блок ЦКЧП 14 поступает информация о частоте настройки приемного канала и на основе этой информации производится вычисление частоты преобразования. Цифровой код частоты преобразования с блока ЦКЧП 14 поступает на управляющий вход второго СЧ 15. На тактовый вход второго СЧ 15 подается опорный сигнал с ОГ 11. С выхода второго СЧ 15 сигнал с частотой, равной вычисленной частоте преобразования, поступает на соответствующий вход ВИП 13.
К несомненным преимуществам такой реализации устройства относится возможность управления частотой преобразования ВИП в зависимости от частоты настройки приемного канала таким образом, чтобы гармоники частоты преобразования ВИП не поражали приемный канал.
Реализация блоков 1-13 заявляемого устройства аналогична блокам устройства-прототипа и может быть выполнена в соответствии с монографией Пауль Хоровиц и Уинфилд Хилл «Искусство схемотехники» в 2-х т. М., Мир, 1986 г, причем реализация введенного блока 15 аналогична реализации блока 12. Введенный блок 14 реализуется программно на микроконтроллере.
Приведем доказательство эффективности работы заявляемого устройства.
В соответствии с поставленной задачей было реализовано радиоприемное устройство, в котором применяется цифровая коррекция внутренних излучений, основанная на управлении частотой преобразования ВИП.
Рассмотрим частотные спектры сигнала на выходе АЦП 3 устройства-прототипа (фиг. 3) и данного устройства после коррекции самопораженных частот (фиг. 4), отражающие расположение гармоник частоты преобразования ВИП и частоты настройки приемного канала.
окп
На частотных спектрах обозначены гармонические составляющие частоты преобразования ВИП с номерами 1, 2…m, m+1…n. Центральная частота основного канала приема обозначена f.
окп
с0
с0
с0
c0
окп
Пусть приемник устройства-прототипа настроен на канал с центральной частотой f. Частота преобразования ВИП 13 равна f. Гармоники частоты преобразования на выходе АЦП 3 будут наблюдаться на частотах 2f, 3f…nf. При попадании гармоники в канал приема с центральной частотой f значительно ухудшаются параметры частотной избирательности радиоприемного устройства и, таким образом, частота становится самопораженной.
окп
окп
c
При введении в состав радиоприемного устройства блоков 14 и 15 появляется возможность управления частотой преобразования ВИП 13 в зависимости от частоты настройки приемного канала. Например, при настройке приемника на канал с центральной частотой f, блок ЦКЧП 14 получает информацию о центральной частоте приемного канала f и вычисляет требуемую частоту преобразования f по формуле
c0
где f - основная частота преобразования ВИП, указанная в документации на применяемый ВИП;
- операнд взятия целой части от дробного числа.
c
Далее эта информация поступает на второй СЧ 15, который генерирует колебание вычисленной частоты f для синхронизации ВИП 13.
окп
Таким образом, введенные блоки 14 и 15 позволяют выполнить отстройку гармоник частоты преобразования ВИП 13 от центральной частоты канала приема, вследствие чего частота приема f становится не пораженной помехами ВИП.
Литература
1. LTM4644. Quad DC/DC μModule Regulator with Configurable 4A Output Array / Linear Technology Corporation. - 2013 (электронный ресурс www.linear.com/LTM4644).
2. ADC12J4000. 12-Bit 4 GSPS ADC. With Integrated DDC / Texas Instruments. - 2015 (электронный ресурс www.ti.com).
3. «Digital front-End in wireless communications and broadcasting: circuits and signal processing» / Cambridge University Press 2011.
4. Маковий В.А., Шкуров С.А. Увеличение избирательности по побочным каналам приема в программно-определяемых радиосредствах// Радиотехника. - 2013. - №12. - С. 66-76.