Анализ современных цифровых радиоприемных устройств (стр. 2 из 6)

В модуле цифрового приёмника отсчёты с выхода АЦП обрабатываются специализированным сигнальным процессором DDC (Digital Down Converter). Функции этого процессора - преобразование информативного спектра частот в область низких (нулевых) частот, квадратурная фильтрация и децимация отсчётов сигнала. По реализуемым функциям - это цифровой приёмник прямого преобразования. DDC имеет два перемножителя, генератор отсчетов SIN и COS, идентичные каналы НЧ децимирующих фильтров. Частота настройки внутреннего генератора может изменяться в диапазоне от 0 до 25МГц (до половины тактовой частоты DDC). Частота среза фильтров изменяется от сотен Гц до сотен кГц. Процессор производит децимацию отсчётов сигнала для того, чтобы скорость потока данных с выхода DDC была сообразна ширине спектра выходного сигнала.

Рисунок 3

На рисунке 3 показано преобразование спектра сигнала с выхода АЦП, производимое DDC.

Следует отметить, что на выходе DDC отношение Сигнал/Шум выше, чем на входе, из-за эффекта процессорного усиления. Возрастание отношения Сигнал/Шум весьма значительное и составляет 20-40дБ.

1.2 Представление сигналов в цифровой форме

Переход от аналогового сигнала к цифровому может производиться как по сигналу с выхода усилителя радио- или промежуточной частоты (по радиосигналу), так и по сигналу после аналогового детектора (по видеосигналу). При этом существенное значение имеет вид параметра, подвергаемого аналого-цифровому преобразованию.

Рассмотрим вначале радиосигнал, который можно представить в виде

,

где

и

- сигнальная и шумовая составляющие входного процесса;

и

- его амплитуда и фаза; - центральная частота спектра.

Спектр дискретного цифрового сигнала.

Рисунок 4.

При известной частоте

входной процесс столь же полно описывается с помощью комплексной огибающей

,

где

и - квадратурные составляющие комплексной огибающей.

Аналого-цифровое преобразование представляет собой дискретизацию по времени и квантование по уровню, которым может подвергаться непосредственно входной процесс

. Однако при этом спектр входного процесса должен целиком размещатьсяв однойиз спектральных зон , где , - период дискретизации. В этом случае спектр дискретных отсчетов процесса (где ,

) в первой спектральной зоне полностью соответствует исходному спектру, поэтому по дискретным отсчетам можно без искажений восстановить непрерывный процесс . В противном случае спектр при дискретизации искажается.

Графики дискретизации и квантования сигнала.

а) отсчетная последовательность ;

б) исходный аналоговый сигнал;

в) дискретизированный сигнал;

г) цифровой сигнал;

д) ошибка квантования.

Рисунок 5.

Для подавления спектральных составляющих исходного процесса вне спектральной зоны

этот процесс перед дискретизацией пропускают через аналоговый полосовой фильтр с высоким коэффициентом прямоугольности. Нередко для снижения требуемого быстродействия АЦП входной процесс гетеродинируют в область частот первой спектральной зоны . В этом случае во избежание искажений спектра по зеркальному каналу полосовой фильтр с высоким коэффициентом прямоугольности применяют перед гетеродинированием.

Обработку полученных таким образом отсчетов называют обработкoй мгновенных значений или обработкой вещественного сигнала.

В другом способе цифровой обработки аналого-цифровому преобразованию подвергают квадратурные составляющие

и , которые можно получить умножением входного процесса на два квадратурных гетеродинных колебания с частотой и последующей фильтрацией нижнечастотных составляющих результатов перемножения с помощью ФНЧ.

В рассматриваемом способе отсутствует необходимость применения полосового фильтра с высоким коэффициентом прямоугольности. Однако спектр квадратурных составляющих должен целиком располагаться в первой спектральной зоне. Для обеспечения этого условия может потребоваться ФНЧ с высоким коэффициентом прямоугольности. Отсчеты квадратурных составляющих можно также получить путем дискретизации входного процесса

в моменты времени и , сдвинутыеотносительно друг друга начетверть периода колебания с частотой

.

Обработку квадратурных составляющихназывают обработкой комплексногосигнала. Обычно для такой обработкитребуется болеесложная цифроваячасть, но более простая аналоговая(полосовой фильтр с высоким коэффициентом прямоугольности сложнее ФНЧ). При эгом иногда несколько улучшаются характеристикиобработки.

Обработка квадратурных составляющих равноценна(при неучететехнической реализации) обработке амплитуды

и фазы входного процесса, т. е. Амплитудно-фазовойобработке. В ряде случаев отказываютсяот использования информации, заключенной в амплитуде , и обрабатывают лишь отсчеты фазы (фазовая обработка). При этом отсчеты фазы часто получают путем измерения временного промежутка между нулем (под нулем некоторого колебания понимается момент прохождения этим колебанием нулевого уровня с производной определенного знака (например, положительной). опорного колебания и первым следующим за ним нулем входного процесса). Таким образом удается построить наиболее простые цифровые устройства для решения некоторых задач. Однако подобный метод обработки дает удовлетворительные результаты лишь при весьма узкополосном входном процессе и не слишком малом отношении сигнал-шум.

Перейдем теперь к рассмотрению обработки видеосигнала. Здесь наиболее распространенной является обработка его мгновенных значений. Однако в некоторых случаях (например, в радионавигации и в технике передачи дискретных сообщений) применяют также фазовую обработку. Такой способ применим при относительно высоком отношении сигнал-шум на входе АЦП.

Существенное значение имеет выбор числа уровней квантования в АЦП. При обработке аддитивной смеси сигнала и широкополосного гауссовского шума, особенно если мощность шума на входе АЦП превышает мощность сигнала, широко применяют бинарное квантование. Оно позволяет резко упростить цифровую обработку, в частности, отказаться от АРУ и заменить АЦП более простым устройством, фиксирующим в моменты дискретизации знак отсчета квантуемого напряжения. Однако при негауссовских помехах (например, гармонических) характеристики цифровой обработки из-за бинарного квантования могут сильно ухудшиться, в этом случае переходят к многоуровневому квантованию.

Многоуровневое квантование применяется также тогда, когда мощность сигнала значительно больше мощности шума, причем недопустимо заметное ухудшение отношения сигнал-шум за счет квантования.