РАДИОПРИЕМНОЕ УСТРОЙСТВО С КЛЮЧЕВЫМ УПРАВЛЕНИЕМ АМПЛИТУДОЙ РАЗМЫВАЮЩЕГО СИГНАЛА
RADIO RECEIVING DEVICE WITH SWITCH CONTROL OF DITHER SIGNAL AMPLITUDE

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано для создания перспективных радиосредств с программируемой архитектурой с цифровой обработкой сигналов непосредственно на радиочастоте в условиях воздействия блокирующих сигналов для обеспечения устойчивой радиосвязи в сложной помеховой обстановке.
Такие приемники описаны, например, в книгах «Cognitive radio technology», Second Edition, Elsevier Science & Technology Books, 2009. - p.828, автора Bruce Alan Fette и «Software defined radio: enabling technologies», John Wiley & Sons, Chichester, UK, 2002. - p.442 автора W. Tuttlebee, Ed, в которых их называют идеальными.
Сущность таких устройств заключается в осуществлении аналого-цифрового преобразования (АЦП) на радиочастоте, а также в применении размывающих сигналов, позволяющих увеличить избирательность за счет уменьшения корреляции между сигналом и продуктами, возникающими вследствие нелинейности амплитудной характеристики аналого-цифрового тракта (АЦТ).
Наиболее близким к предлагаемому является устройство, описанное в статье «Расширение частотного диапазона аналого-цифровых трактов методом цифровой коррекции» // Теория и техника радиосвязи. - 2013. - №3. - С.59-66, авторы Маковий В.А., Ермаков С.А., принятое за прототип [1].
На фиг.1 представлена функциональная схема устройства-прототипа, где обозначено:
1 - формирователь размывающего сигнала;
2 - источник частоты дискретизации;
3.1-3.n - с первого по n-й опорный генератор;
4 - блок входных цепей и преселектор;
5 - сумматор;
6 - аналого-цифровой преобразователь (АЦП);
7 - цифровой приемный тракт;
8 - демодулятор;
9 - формирователь отсчетов;
10 - цифроаналоговый преобразователь (ЦАП);
11 - восстанавливающий аналоговый фильтр;
12 - коммутатор.
Радиоприемное устройство содержит последовательно соединенные блок входных цепей и преселектор 4, сумматор 5, АЦП 6, цифровой приемный тракт 7 и модулятор 8, выход которого является информационным выходом радиоприемного устройства. Кроме того, формирователь размывающего сигнала 1, состоящий из последовательно соединенных формирователя отсчетов 9, ЦАП 10 и восстанавливающего аналогового фильтра 11, выход которого является выходом формирователя размывающего сигнала 1 и соединен со вторым входом сумматора 5. А также источник частоты дискретизации 2, состоящий из n опорных генераторов 3.1…3.n, выходы которых соединены с соответствующими входами коммутатора 12, выход которого является выходом источника частоты дискретизации 2 и соединен с тактовым входом АЦП 6.
Устройство-прототип работает следующим образом.
Входной радиочастотный сигнал поступает на вход радиоприемного устройства и проходит через блок входных цепей и преселектора 4, в котором происходит его усиление и фильтрация помех, находящихся вне полосы пропускания преселектора. С выхода блока входных цепей и преселектора 4 принимаемый сигнал поступает на вход сумматора 5. На другой вход сумматора 5 поступает размывающий сигнал, расположенный вне полосы частот принимаемого сигнала. С выхода сумматора 5 сумма принимаемого сигнала и размывающего сигнала поступает на вход АЦП 6, на тактовый вход которого поступает частота дискретизации с выхода источника частоты дискретизации 2. Для ее формирования в состав источника частоты дискретизации 2 входят n опорных генераторов 3.1…3.n и коммутатор 12, подключающий тактовый вход АЦП 6 к одному из опорных генераторов 3.1…3.n в соответствии с текущим режимом работы АЦП 6. Квантованные отсчеты сигнала после АЦП 6 поступают в цифровой приемный тракт 7, который осуществляет фильтрацию, перенос по частоте и понижение частоты дискретизации. Далее в демодуляторе 8 происходит принятие решения о приеме сигнала. Принятая информация поступает на выход радиоприемного устройства.
Одним из важнейших динамических параметров, характеризующих возможность радиоприемного устройства осуществлять прием сигнала при наличии помех большой амплитуды, является динамический диапазон по блокированию [3], который определяется как отношение максимального уровня радиопомехи на входе, при котором коэффициент блокирования равен заданному значению, к чувствительности радиоприемного устройства при отсутствии помех.
Недостатком устройства-прототипа является сужение динамического диапазона по блокированию полезного сигнала за счет уменьшения максимального уровня блокирующего сигнала, не приводящего к ограничению в АЦП, вследствие наличия аддитивного размывающего сигнала ненулевой амплитуды.
Задачей предлагаемого технического решения является увеличение динамического диапазона по блокированию при сохранении параметров по избирательности радиоприемного устройства.
Нами предлагается приемник, позволяющий увеличить динамический диапазон по блокированию при сохранении всех положительных свойств устройства-прототипа.
Для решения поставленной задачи в радиоприемное устройство с ключевым управлением амплитудой размывающего сигнала, содержащее последовательно соединенные блок входных цепей и преселектор, сумматор, аналого-цифровой преобразователь (АЦП), цифровой приемный тракт и демодулятор, выход которого является информационным выходом радиоприемного устройства; формирователь размывающего сигнала, состоящий из последовательно соединенных формирователя отсчетов, цифроаналогового преобразователя (ЦАП) и восстанавливающего аналогового фильтра, выход которого является выходом формирователя размывающего сигнала, а также источник частоты дискретизации, состоящий из n опорных генераторов, выходы которых соединены с соответствующими входами коммутатора, выход которого является выходом источника частоты дискретизации и соединен с тактовым входом АЦП, согласно изобретению, введены последовательно соединенные пиковый детектор, компаратор и ключ, выход которого соединен со вторым входом сумматора, выход формирователя размывающего сигнала подсоединен ко второму входу ключа, кроме того, выход блока входных цепей и преселектора соединен с входом пикового детектора.
Это позволяет увеличить максимальный неограниченный уровень блокирующего сигнала путем введения ключевого управления амплитудой размывающего сигнала, при котором управляющий сигнал формируется на основе пикового детектора, измеряющего максимальное отклонение входного сигнала АЦП от нулевого уровня.
Функциональная схема предлагаемого приемного устройства представлена на фиг.2, где обозначено:
1 - формирователь размывающего сигнала;
2 - источник частоты дискретизации;
3.1-3.n - с первого по n-й опорный генератор;
4 - блок входных цепей и преселектор;
5 - сумматор;
6 - аналого-цифровой преобразователь (АЦП);
7 - цифровой приемный тракт;
8 - демодулятор;
9 - формирователь отсчетов;
10 - цифроаналоговый преобразователь (ЦАП);
11 - восстанавливающий аналоговый фильтр;
12 - коммутатор;
13 - компаратор;
14 - ключ;
15 - пиковый детектор.
Предлагаемое радиоприемное устройство содержит последовательно соединенные блок входных цепей и преселектор 4, сумматор 5, АЦП 6, цифровой приемный тракт 7, демодулятор 8, выход которого является информационным выходом радиоприемного устройства. А также формирователь размывающего сигнала 1, состоящий из последовательно соединенных формирователя отсчетов 9, ЦАП 10 и восстанавливающего аналогового фильтра 11, выход которого является выходом формирователя размывающего сигнала 1. Источник частоты дискретизации 2, состоящий из n опорных генераторов 3.1…3.n, выходы которых соединены с соответствующими входами коммутатора 12, выход которого является выходом источника частоты дискретизации 2 и соединен с тактовым входом АЦП 6.
Кроме того, приемник содержит последовательно соединенные пиковый детектор 15, компаратор с пороговым значением 13 и ключ 14, выход которого соединен со вторым входом сумматора 5, а второй вход ключа 14 подсоединен к выходу формирователя размывающего сигнала 2, при этом выход блока входных цепей и преселектора 4 соединен с входом пикового детектора 15.
Предлагаемое устройство работает следующим образом.
Входной радиочастотный сигнал поступает на вход радиоприемного устройства и проходит через блок входных цепей и преселектора 4, в котором происходит его усиление и фильтрация помех, находящихся вне полосы пропускания преселектора. С выхода блока 4 принимаемый сигнал поступает на первый вход сумматора 5, а также на вход пикового детектора 15, с выхода которого измеренное значение амплитуды принимаемого сигнала сравнивается с пороговым с помощью компаратора 13. Если амплитуда принимаемого сигнала превышает пороговое значение, то ключ 14 прекращает поступление сигнала с выхода формирователя аддитивного размывающего сигнала 1 на второй вход сумматора 5, если же измеренная амплитуда меньше порогового значения, то ключ 14 пропускает сигнал с выхода формирователя аддитивного размывающего сигнала 1 на второй вход сумматора 5. С выхода сумматора 5 сигнал поступает на вход АЦП 6, на тактовый вход которого поступает сигнал с частотой дискретизации. Для ее формирования в состав источника частоты дискретизации 2 входят n опорных генераторов 3.1-3.n и коммутатор 12, подключающий тактовый вход АЦП 6 к одному из них в соответствии с текущим режимом работы АЦП 6. Квантованные отсчеты сигнала после АЦП 6 поступают в цифровой приемный тракт 7. В приемном тракте 7 осуществляется фильтрация, перенос по частоте и понижение частоты дискретизации. Далее в демодуляторе 8 происходит принятие решения о приеме сигнала. Принятая информация поступает на выход радиоприемного устройства.
К несомненным преимуществам такой реализации устройства относится возможность использования полного диапазона входных сигналов АЦП для преобразования полезного принимаемого сигнала, независимо от величины используемой амплитуды размывающего сигнала. Частотная избирательность, для обеспечения которой в устройство-прототип был введен размывающий сигнал, также не изменяется, поскольку при больших уровнях, превышающих порог срабатывания компаратора 13, блокирующий сигнал обеспечивает уменьшение корреляции между сигналом и продуктами, возникающими вследствие нелинейности амплитудной характеристики АЦТ, и является размывающим сигналом для принимаемого сигнала.
При дополнительном поиске не обнаружены объекты со сходными признаками отличительной части, поэтому предлагаемое решение отвечает критерию «существенные отличия».
Реализация блоков 4-12 приемного устройства аналогична блокам устройства-прототипа и может быть выполнена в соответствии с монографией Пауль Хоровиц и Уинфилд Хилл «Искусство схемотехники» в 2-х томах. М.: Мир, 1986 г.
Реализация блоков 13, 14 известна и также описана в монографии Пауль Хоровиц и Уинфилд Хилл «Искусство схемотехники» в 2-х томах. Том 1. М.: Мир, 1986 г., стр.142 и стр.390 соответственно. Реализация блока 15 является обычной инженерной задачей и описана, например, на стр.202 и стр.213-214 в упомянутой выше монографии.
Цель изобретения - увеличение динамического диапазона по блокированию в радиоприемном устройстве.
Величина динамического диапазона по блокированию определяется как отношение максимального уровня радиопомехи на входе, при котором коэффициент блокирования равен заданному значению, к чувствительности радиоприемного устройства при отсутствии помех.
Для увеличения динамического диапазона задача была определена как обеспечение максимального размаха принимаемого сигнала на входе АЦП, не приводящего к ограничению в АЦТ.
В соответствии с задачей было реализовано радиоприемное устройство, в котором для приема смеси полезного сигнала и блокирующей помехи обеспечено использование полного диапазона входных сигналов АЦП, не вызывающих переполнение независимо от амплитуды размывающего сигнала.
max
При использовании устройства-прототипа максимальную амплитуду A сигнала на выходе АЦП, не приводящего к ограничению, можно представить в следующем виде:
max
вх
d
A=A+A=1,
вх
где A - амплитуда входного сигнала;
d
A - амплитуда размывающего сигнала.
вх
d
Тогда максимальную амплитуду радиопомехи на входе приемника-прототипа можно представить как A=1-A.
вх
d
вх
вх
d
При введении в состав приемного устройства блоков пикового детектора 15, компаратора с пороговым значением 13 и ключа 14 получим, что если измеренная амплитуда A≥1-A, то ключ 14 размыкает соединение с формирователем размывающего сигнала 1, и максимальная амплитуда радиопомехи на входе предлагаемого устройства может быть увеличена до A=1, если же измеренная амплитуда A<1-A, то ключ 14 замыкает соединение с формирователем аддитивного размывающего сигнала 1.
Как правило, амплитуда размывающего сигнала выбирается из условия уменьшения напряжения ограничения АЦТ на 3 дБ [2], тогда в этом конкретном случае в предлагаемом радиоприемном устройстве амплитуда блокирующей помехи, не приводящей к переполнению АЦП, может быть увеличена на 3 дБ по сравнению с прототипом, при этом достигается увеличение динамического диапазона по блокированию.
Литература:
1. Маковий В.А., Ермаков С.А. Расширение частотного диапазона аналого-цифровых трактов методом цифровой коррекции // Теория и техника радиосвязи. - 2013. - №3. - С.59-66.
2. Маковий В.А. Цифровая коррекция комбинаций в SDR радиостанциях // Теория и техника радиосвязи. - 2012. - №3. - С.25-34.
3. ГОСТ 24375-80 Радиосвязь. Термины и определения. - М.: Изд-во стандартов, 1987. - 58 с.