МНОГОКАНАЛЬНЫЙ ЦИФРОВОЙ РАДИОПРИЕМНИК

Полезная модель относится к радиотехнике и может быть использована в системах коротковолновой связи различного назначения, в том числе в совмещенных комплексах связи.
Известно многоканальное приемно-демодулирующее устройство, содержащее радиоприемное устройство в составе последовательно соединенных полосового фильтра, усилителя АРУ, управляющее напряжение на который подается с детектора АРУ, преобразователя частоты, ко второму входу которого подключен выход гетеродина, и полосового фильтра по промежуточной частоте (ПЧ) и набор демодулирующих устройств, в которое, согласно изобретению, введены последовательно соединенные усилитель АРУ по ПЧ, аналого-цифровой преобразователь, выход которого через цифровой детектор и цифроаналоговый преобразователь подключен ко второму входу усилителя АРУ по ПЧ, а ко второму входу аналого-цифрового преобразователя подключен выход генератора тактовой частоты, и преобразователь Гильберта. При этом выход полосового фильтра подключен ко входу усилителя АРУ по ПЧ, а выходы преобразователя Гильберта подключены ко входам N-демодулирующих устройств, выполненных на цифровых элементах, каждое из которых содержит Гильберта подключены ко входам N-демодулирующих устройств, выполненных на цифровых элементах, каждое из которых содержит последовательно соединенные комплексный квадратурный перемножитель, ко вторым входам которого подключены выходы синтезатора прямого синтеза, а синфазный и квадратурный выходы квадратурного перемножителя подключены ко входам соответствующих синфазного и квадратурного трактов, каждый из которых содержит последовательно соединенные децимирующий оптимальный полифазный фильтр с переменным коэффициентом децимации, второй вход которого подключен к соответствующему выходу синтезатора тактовой частоты, и усилитель АРУ, второй вход которого подключен к соответствующему выходу детектора АРУ, а также схемы восстановления несущей и тактовой частот, первые и вторые входы которых подключены соответственно к выходам усилителей АРУ синфазного и квадратурного каналов, при этом выход схемы восстановления несущей частоты подключен ко входу синтезатора прямого синтеза, выход схемы восстановления тактовой частоты подключен ко входу синтезатора тактовой частоты, а выходы усилителей АРУ подключены соответственно к первому и второму входам детектора АРУ и являются выходами демодулятора [1].
К недостаткам устройства-аналога относятся:
1. Наличие аналогового полосового фильтра по промежуточной частоте, полоса пропускания которого оптимизирована для заданного класса принимаемых сигналов и фиксирована и не может быть изменена без физической замены фильтра. Физическая замена фильтра оперативно производиться не может и, следовательно, нельзя оперативно производить оптимизацию полосы пропускания приемника для новых классов сигналов.
2. Невозможность приема сигналов рассредоточенных по всему KB диапазону частот при наличии нескольких распределенных помех по всему KB диапазону частот.
3. Невозможность оперативного введения нового или дополнительного режима демодуляции-декодирования
Наиболее близким к предлагаемому устройству является высокоскоростное многоканальное радиоприемное устройство KB диапазона, содержащее управляемый усилитель и аналого-цифровой преобразователь (АЦП), причем выход усилителя соединен со входом АЦП. В устройство введены банк из фильтров низкой частоты и банк из фильтров высокой частоты, составляющие преселектор, модуль выделения и обработки цифровых каналов, модуль управления узлами тракта и вывода информации через PCI интерфейс, причем вход банка из фильтров низкой частоты является входом устройства, его выход соединен со входом банка из фильтров высокой частоты, выход которого через управляемый усилитель соединен с АЦП, сигнальный выход АЦП соединен с модулем выделения и обработки цифровых каналов, выходы каналов модуля выделения и обработки цифровых каналов соединены с канальными входами модуля управления узлами тракта и вывода информации через PCI интерфейс, выход которого через шину PCI соединен с ПЭВМ, управляющие выходы модуля управления узлами тракта и вывода информации через PCI интерфейс соединены с входами управления выбором фильтра банка из фильтров низкой частоты и банка из фильтров высокой частоты [2].
Недостатками устройства-прототипа являются:
1. Использование этого приемного устройства невозможно на объектах, где функционирует несколько источников мощных помех, например, на кораблях источниками мощных помех являются собственные передатчики, которых может быть несколько десятков, поскольку имеющиеся банки ФНЧ и ФВЧ позволяют выделять (подавлять) лишь непрерывную часть диапазона частот. Выделить несколько раздельных участков диапазона частот устройство не позволяет.
2. Не позволяет устройство производить оперативную замену алгоритма обработки принимаемых сигналов с помощью внешнего по отношению к приемнику устройства, что снижает возможность использования его в перспективных комплексах связи.
Задача полезной модели - увеличение количества демодулируемых-декодируемых сигналов без увеличения количества демодуляторов-декодеров.
Поставленная задача достигается тем, что в многоканальном цифровом радиоприемнике, содержащем вход, преселектор, усилительное устройство, устройство цифровой обработки сигналов, устройство управления, дополнительно введены N каналов на М трактов приема, (М-1) преселекторов, причем все преселекторы выполнены узкополосными и электронно-перестраиваемыми, коммутатор локальной информационно-вычислительной сети (ЛИВС), демодулятор-декодер, формирователь аналоговых выходов, усилительное устройство выполнено как N×M усилительно-распределительное на М трактов приема, определяющее количество каналов приема, устройство цифровой обработки сигналов содержит М аналоговых входов, порт управления SPI, интерфейс для подключения к локальной информационно-вычислительной сети (ЛИВС), устройство управления выполнено в виде пульта управления с интерфейсом ЛИВС, при этом входы усилительно-распределительного устройства являются входами многоканального цифрового радиоприемника, а выходы соединены со входами М преселекторов, выходы которых соединены со входами устройства цифровой обработки сигналов, выход которого через интерфейс подключен к коммутатору ЛИВС, к которому также через интерфейсы подключены демодулятор-декодер, формирователь аналоговых выходов и пульт управления.
Достигаемым техническим результатом является:
1. Возможность приема множества сигналов, распределенных произвольным образом по всему KB диапазону частот при наличии на входе множества мощных помех, распределенных произвольным образом по KB диапазону частот. Результат достигается наличием на входе М узкополосных электронно-перестраиваемых преселекторов.
2. Увеличение количества демодулируемых-декодируемых сигналов без увеличения количества демодуляторов-декодеров и цифровых фильтров основной селекции в ЦОС. Этот результат достигается тем, что многоканальные блок ЦОС и демодулятор-декодер реализованы дистанционно-перепрограммируемыми вычислительными устройствами.
На фигуре представлена схема предлагаемого многоканального цифрового радиоприемника, включающая усилительно-распределительное устройство 1, узкополосные электронно-перестраиваемые преселекторы 2, устройство цифровой обработки сигналов (ЦОС) 3, коммутатор ЛИВС 4, демодулятор-декодер 5, формирователь аналоговых выходов 6, пульт управления 7.
Предлагаемое устройство работает следующим образом. На входы усилительно-распределительного устройства 1, которые являются высокочастотными входами приемника, поступают сигналы от N антенн, в устройстве 1 они усиливаются с помощью N усилителей и с помощью N разветвителей мощности на дифференциальных трансформаторах распределяются на М выходов. Коэффициент деления К в разветвителях выбирается из соотношения К=M/N, где М - количество трактов приема, N - количество антенных входов, и округляется до большего целого числа. Коэффициент усиления выбирается таким образом, чтобы компенсировать потери в устройстве 1.
Сигналы с выходов устройства 1 поступают на входы преселекторов 2, где осуществляется их предварительная селекция. Полоса пропускания преселекторов составляет (1,5-2)% от частоты настройки, а подавление сигналов, отстроенных на 10% и более от частоты настройки, не менее 40 дБ. В преселекторах 2 имеются встроенные средства самоадаптации в виде управляемых аттенюаторов, с помощью которых по алгоритму, заложенному в тракте приема, производится согласование уровней входных воздействий на тракт приемника с его динамическим диапазоном. Управление частотой настройки преселекторов 2 и состоянием аттенюаторов осуществляется с помощью команд, поступающих от устройства ЦОС по интерфейсу SPI.
В устройстве цифровой обработки 3 осуществляется аналого-цифровое преобразование сигналов, поступающих на вход от преселекторов, преобразование Гильберта, понижение частоты, параллельная М канальная цифровая фильтрация сигналов, объединение отфильтрованных сигналов в единый цифровой поток и вывод через интерфейс, соответствующий стандарту IEEE 802.3 с реализацией физического уровня 1000ВASE-T. В устройстве ЦОС 3 реализуется алгоритм управления аттенюаторами преселекторов 2: осуществляется измерение уровней сигналов, поступающих на каждый вход блока, сравнение этих уровней с заданным порогом, который соответствует насыщению АЦП, и в случае, если этот уровень достигает заданного порога, то выдается управляющий сигнал через интерфейс SPI для включения необходимой ступени аттенюатора в соответствующем преселекторе 2. Управление частотой настройки каждого из каналов устройства ЦОС 3, установление полосы пропускания каждого канала осуществляется с помощью команд, поступающих через единый интерфейс управления и передачи информационного потока соответствующий стандарту IEEE 802.3 с реализацией физического уровня 1000ВASE-T. В устройстве ЦОС 3 реализована возможность замены программного обеспечения через интерфейс управления.
Информационные потоки с выхода устройства ЦОС 3 через коммутатор 4 ЛИВС поступают в М канальный демодулятор-декодер. Декодированные сигналы по командам с пульта управления 7 поступают в устройство 6 формирования аналоговых выходов через локальную сеть. В это же устройство 6 поступают отфильтрованные недемодулированные сигналы. В устройстве формирования аналоговых выходов 6 недемодулированные сигналы из цифровых квадратурных составляющих преобразуются в аналоговые с заданной несущей частотой и поступают на выход для дальнейшей специальной обработки. Декодированные сигналы из цифровых квадратурных составляющих преобразуются и поступают на М симметричных электронных выходов, М телефонных выходов. В демодуляторе-декодере реализована возможность замены программного обеспечения через интерфейс управления.
Пульт управления 7 обеспечивает дистанционное управление режимами работы приемника и работу по расписанию, а также при необходимости замену программного обеспечения в устройстве ЦОС 3 и демодуляторе-декодере 5 через интерфейс ЛИВС.
Реализованная в приемнике возможность дистанционной замены программного обеспечения дает возможность наращивать количество типов принимаемых сигналов по мере их создания. Физическими ограничениями при этом являются: максимально реализуемые полосы пропускания преселекторов и вычислительные возможности устройства ЦОС 3 и демодулятора-декодера 5.
Источники информации
1. Патент №41217, Н04В 1/06, опубл. 2004 год
2. Патент №65329, H04L 27/34, опубл. 2007 год