Формирование и прием радиосигналов с использованием квадратурных схем преобразования частоты
Скачать 326.48 Kb.
|
На правах рукописи Федчун Андрей Александрович ФОРМИРОВАНИЕ И ПРИЕМ РАДИОСИГНАЛОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ КВАДРАТУРНЫХ СХЕМ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ЧАСТОТЫ Специальность 05.12.04 – Радиотехника, в том числе системы и устройства телевидения АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Таганрог – 2010 Работа выполнена на кафедре Радиоэлектронных средств защиты и сервиса (РЭС ЗиС) Технологического института Федерального государственного автономного образовательного учреждения высшего профессионального образования "Южный федеральный университет" Министерства образования и науки Российской Федерации.
Защита состоится " 9 " сентября 2010 г. в 14 часов 20 минут на заседании диссертационного совета Д 212.208.20 при Южном федеральном университете в Технологическом институте по адресу: Ростовская область, г. Таганрог, пер. Некрасовский, 44, ауд. Д–406. С диссертацией можно ознакомиться в зональной научной библиотеке Южного федерального университета по адресу: г. Ростов-на-Дону, ул. Пушкинская, 148. Просим Вас прислать отзыв, заверенный гербовой печатью учреждения, по адресу: 347928, ГСП–17, Ростовская область, г. Таганрог, пер. Некрасовский, 44, Технологический институт Южного федерального университета Ученому секретарю Совета. Автореферат разослан " 7 " июля 2010 г.
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность темы. В настоящее время в радиотехнике широко используются цифровые радиосистемы передачи информации (ЦРСПИ). Внедряемое 4-е поколение мобильной (сотовой) связи (технология LTE), цифровое телевидение (технологии DVB, ISDB, DTMB), цифровое радиовещание (технологии DRM, DAB, IBOC), ЦРСПИ локальных сетей (технология WiFi – стандарты IEEE 802.11a/g/n), системы мобильного и фиксированного радиодоступа (технология WiMAX – стандарты IEEE 802.16d/e), многие системы фиксированного радиодоступа миллиметрового диапазона и цифровые радиорелейные системы предполагают использование радиосигналов с мультиплексированием с разделением по ортогональным частотам (OFDM). Также в современных ЦРСПИ часто обрабатываются групповые радиосигналы с двухпозиционной частотной манипуляцией (ДЧМ), фазовой (ФМ) и квадратурной амплитудной (КАМ) манипуляциями, в частности, в базовых станциях систем мобильной (сотовой) связи 2-го/3-го поколений. Большинство из перечисленных технологий и систем предназначены в основном для работы в диапазонах сверхвысоких частот и используют радиосигналы с полосами частот от единиц-десятков мегагерц до единиц гигагерц. В передатчиках и приемниках, использующих OFDM-радиосигналы или групповые радиосигналы, наиболее часто применяется техника прямого преобразования (ТПП), а в ней чаще всего применяются аналоговые квадратурные схемы преобразования частоты (АКСПЧ) – квадратурные модуляторы (КМ) и квадратурные демодуляторы (КД). Квадратурные OFDM-сигналы и квадратурные групповые сигналы формируют в цифровом виде, и они уже представляют собой модулированные сигналы, поэтому впоследствии с помощью них в КМ выполняется преобразование частоты квадратурных сигналов с одной боковой полосой (ПЧ-ОБП) с помощью двухфазного метода (ДФМ). При приеме OFDM-радиосигналов или групповых радиосигналов в КД выполняется их квадратурное преобразование на нулевую промежуточную частоту (ПЧ), а впоследствии выполняется цифровая обработка сигналов (ЦОС). При реализации ПЧ-ОБП наличие амплитудного и фазового дисбаланса квадратурных каналов КМ приводит к формированию внеполосного излучения остатка второй боковой полосы (ВБП) радиосигнала. При реализации преобразования радиосигнала на нулевую ПЧ наличие амплитудного и фазового дисбаланса квадратурных каналов КД приводит в дальнейшем к неполному подавлению сигнала зеркального канала (ЗК). Выпускаемые интегральные микросхемы (ИМС) КМ и КД не всегда обеспечивают точность баланса квадратурных каналов, необходимую для реализации радиопередатчиков и радиоприемников современных ЦРСПИ с заданными характеристиками. Проведенные исследования позволяют заключить, что разработка новых методов формирования и приема радиосигналов современных ЦРСПИ, использующих АКСПЧ, для уменьшения внеполосного излучения остатка ВБП при повышающем преобразовании частоты и уменьшения остатка сигнала ЗК при понижающем преобразовании частоты, а также разработка методов коррекции дисбаланса квадратурных сигналов КМ и КД являются актуальными научными задачами. Применение методов коррекции дисбаланса квадратурных сигналов (обычно в виде ЦОС) совместно с ДФМ при формировании и приеме радиосигналов не является единственно возможным вариантом решением описанной проблемы. Можно пойти по пути разработки или использования других методов ПЧ-ОБП, позволяющих при таких же АКСПЧ достичь более низкого относительного уровня остатка ВБП или сигнала ЗК. В теории однополосной модуляции (ОМ) известен фазофильтровый метод (ФФМ), использующий для формирования радиосигналов КМ, а КД – для их приема (Е.Г. Момот, Д.К. Уивер мл.), и который подходит для этой цели. Однако современный уровень знаний оставляет нерешенным вопрос о возможности использования ФФМ для формирования и приема радиосигналов современных ЦРСПИ. Для ФФМ не исследовано влияния дисбаланса квадратурных сигналов на радиосигналы, как при их формировании, так и при их приеме. Нет соответствующих ФФМ моделей дисбаланса квадратурных сигналов и методов его коррекции, а также для него не описана обработка квадратурных модулирующих сигналов. Ряд недостатков ФФМ ставит вопрос о разработке нового метода ПЧ-ОБП лишенного их, но обладающего его преимуществами. Целью диссертации является уменьшение внеполосного излучения остатка ВБП и уменьшение остатка сигнала ЗК путем разработки нового метода ПЧ-ОБП и новых методов коррекции дисбаланса квадратурных сигналов АКСПЧ. Объектом исследования являются методы ПЧ-ОБП, методы коррекции дисбаланса квадратурных сигналов АКСПЧ, а также устройства их реализующие. Предметом исследования является формирование радиосигналов с помощью ПЧ-ОБП и коррекция дисбаланса квадратурных сигналов АКСПЧ. Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие частные задачи: 1) провести анализ существующих в теории ОМ методов ПЧ-ОБП и установить перспективные направления для уменьшения внеполосного излучения остатка ВБП; 2) разработать и исследовать новый метод ПЧ-ОБП, обеспечивающий отсутствие внеполосного излучения остатка ВБП в сформированном радиосигнале; 3) показать возможность прямого формирования промежуточных квадратурных сигналов нового метода ПЧ-ОБП и ФФМ для осуществления ПЧ-ОБП; 4) показать возможность применения ФФМ для формирования и приема радиосигналов современных ЦРСПИ; 5) показать применимость существующих моделей дисбаланса квадратурных сигналов АКСПЧ и методов его коррекции для нового метода ПЧ-ОБП и ФФМ; 6) разработать новые модели дисбаланса квадратурных сигналов АКСПЧ и методы его коррекции для нового метода ПЧ-ОБП и ФФМ; 7) провести исследования по практической реализации разработанных и исследованных методов и устройств на их основе. Методы исследования. Для решения поставленных в работе задач использованы методы теории формирования и приема радиосигналов, численные методы, математические расчеты применительно к реальным характеристикам радиосигналов, методы математического моделирования с применением ЭВМ, а также экспериментальные исследования. Основные научные положения, выдвигаемые для защиты: 1) устранение внеполосного излучения остатка ВБП в радиосигнале возможно путем преобразования на нулевую среднюю частоту первичных квадратурных сигналов с одной боковой полосой с получением промежуточных квадратурных сигналов и последующего преобразования частоты этих сигналов с одной боковой с получением заданного радиосигнала; 2) прямое формирование промежуточного квадратурного OFDM-сигнала возможно путем формирования относительно нулевой частоты двух OFDM-сигналов, представляющие нижнюю и верхнюю части спектра первичного квадратурного OFDM-сигнала относительно его средней частоты с последующим их объединением в единый квадратурный сигнал; прямое формирование промежуточных квадратурных групповых сигналов возможно путем формирования одноканальных квадратурных сигналов на их промежуточных частотах из первичных квадратурных или модулирующих сигналов с последующим объединением в единый квадратурный сигнал; 3) модель дисбаланса сигналов АКСПЧ заключается в раздельном описании дисбаланса при преобразовании частоты сигналов двух половин спектра первичного преобразуемого сигнала относительно частоты преобразования, используемой до/в КМ/КД; 4) при осуществлении нового метода ПЧ-ОБП и ФФМ коррекция дисбаланса квадратурных сигналов АКСПЧ при дисбалансе выходных каналов фазовращателя КМ/КД возможна путем создания дисбаланса сигналов частоты низкочастотного преобразования или путем создания дисбаланса преобразуемых/преобразованных сигналов низкочастотного преобразования; коррекция дисбаланса квадратурных сигналов АКСПЧ при дисбалансе входных/выходных каналов КМ/КД возможна путем создания дисбаланса преобразуемых/преобразованных сигналов низкочастотного преобразования; 5) при реализации нового метода ПЧ-ОБП и ФФМ искажения от сигнала остатка ВБП в формируемых радиосигналах можно представить как ошибку модуляции. Научная новизна работы состоит в следующем: 1. Разработан и исследован новый метод ПЧ-ОБП, обеспечивающий отсутствие внеполосного излучения остатка ВБП в сформированном радиосигнале; 2. Разработаны методы прямого формирования промежуточных квадратурных OFDM-сигналов и промежуточных групповых квадратурных КАМ- и ДЧМ-сигналов нового метода ПЧ-ОБП и ФФМ для осуществления ПЧ-ОБП; 3. Разработан вариант реализации ФФМ для осуществления ПЧ-ОБП с обработкой квадратурных модулирующих сигналов; 4. Разработаны модели дисбаланса сигналов АКСПЧ для нового метода ПЧ-ОБП и ФФМ и разработаны соответствующие методы коррекции дисбаланса квадратурных сигналов. 5. Получены аналитические выражения для описания искажений в сформированных и принимаемых радиосигналах с цифровыми видами модуляций при осуществлении нового метода ПЧ-ОБП и ФФМ. Практическая ценность работы заключается в следующем: 1. Разработано устройство «Формирователь однополосного сигнала», защищенное патентом на полезную модель 70060 РФ, формирующее радиосигнал с ОМ без внеполосного излучения остатка ВБП, используя для этого новый метод ПЧ-ОБП; 2. Разработано устройство «Формирователь группового радиосигнала», защищенное патентом на полезную модель 75121 РФ, формирующее OFDM-радиосигнал или групповой радиосигнал без внеполосного излучения остатка ВБП с помощью усовершенствованной схемы ФФМ, адаптированной к обработке квадратурных модулирующих сигналов; 3. Разработано устройство «Формирователь группового сигнала», защищенное патентами на полезную модель 75121 РФ и 75810 РФ, формирующее OFDM-радиосигнал или групповой радиосигнал без внеполосного излучения остатка ВБП, используя для этого новый метод ПЧ-ОБП; 4. Разработаны технические решения формирователей промежуточных квадратурных OFDM-сигналов и промежуточных групповых квадратурных КАМ- и ДЧМ-сигналов для осуществления ПЧ-ОБП с помощью КМ без внеполосного излучения остатка ВБП; 5. Разработано техническое решение реализации нового метода ПЧ-ОБП с двумя КМ, позволяющее осуществлять фильтрацию внутриполосного остатка ВБП конечного радиосигнала; 6. Разработаны технические решения коррекции дисбаланса квадратурных сигналов при формировании и приеме радиосигналов с помощью нового метода ПЧ-ОБП и ФФМ; 7. Показана применимость нового метода ПЧ-ОБП и ФФМ для формирования и приема OFDM-радиосигналов и для формирования групповых КАМ- и ДЧМ-радиосигналов современных ЦРСПИ без коррекции дисбаланса квадратурных сигналов существующих АКСПЧ; 8. Описана методика определения дисбаланса квадратурных сигналов для осуществления коррекции дисбаланса квадратурных сигналов при реализации нового метода ПЧ-ОБП и ФФМ. Внедрение результатов работы. Результаты диссертационной работы использовались в НИОКР ООО Фирма «Анкад», г. Москва и в ОКР ОАО Московское конструкторское бюро «Компас», г. Москва. Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на научно-технических конференциях: III Ежегодной научной конференции студентов и аспирантов базовых кафедр Южного научного центра РАН (г. Таганрог, 19 апреля 2007 г.); XIV Международной научно-практической конференций студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика» (г. Москва, 28-29.02.2008 г.); XVII Международной научно-технической конференции «Современное телевидение» (г. Москва, 17-18 марта 2009 г.); XI Международной Конференции и Выставке «Цифровая обработка сигналов и ее применение – DSPA-2009» (г. Москва, 2009 г). Публикации. Основные положения диссертационной работы отражены в 10 печатных работах, из них 3 статьи, опубликованные в ведущих рецензируемых научных журналах, определенных ВАК для изложения основных научных результатов: «Журнал научных публикаций аспирантов и докторантов» (1 статья, 2007 г.), «Известия ЮФУ. Технические науки» (2 статьи, 2009 г.). Также 1 статья опубликована в электронном научном журнале «Журнал радиоэлектроники» (2010 г.), а 2 из указанных печатных работ опубликованы в сборниках материалов всероссийских и международных конференций: «Труды 17-й Международной научно-технической конференции «Современное телевидение», Москва, 2009 г. и «Труды 11-й Международной конференции «Цифровая обработка сигналов и ее применение – DSPA-2009», Москва, 2009 г. По материалам работы получены 3 патента РФ на полезные модели. Все основные научные результаты, приведенные в диссертации, получены автором лично. Структура диссертационной работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка используемой литературы и приложений. Общий объем диссертационной работы составляет 220 страниц, включая 90 иллюстраций и 21 таблицу, список литературы состоит из 165 наименований на 10 листах, в том числе 11 работ автора, отражающих материалы диссертации. СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении приведена общая характеристика работы, обоснована актуальность темы, определены цель, предмет и объект исследований, сформулирована научная задача, на решение которой направлена диссертационная работа, приведены научная новизна и практическая значимость результатов работы, а также представлены основные научные положения и наиболее существенные научные результаты, выдвигаемые для защиты. |
Добавить документ в свой блог или на сайт
Похожие:
 | Реферат на тему «Измерение частоты цифровым частотомером» Частотомер, входное устройство, делитель частоты, счётчик, узел управления, блок питания | | Дипломная работа содержит 134 страницы, 5 глав, 18 рисунков, 12 таблиц,... Сириус, прием, хранение и обработку этих сообщений для подтверждения выполнения задач, поставленных перед oss-платформой, и с целью... |
 | Реферат Тычинин И. А. Разработка приложения для портативных устройств... Тычинин И. А. Разработка приложения для портативных устройств с использованием qt framework, квалификационная работа на степень бакалавра... | | Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... Конспект занятия по развитию речи с использованием приемов мнемотехники и схем – моделей |
| Курсовой проект по курсу: Цифровые устройства и микропроцессоры”... Аvr mega 128, выполняющую измерение температуры (с помощью датчика температуры tmp-35) в режиме непрерывного преобразования (делитель... | | Методическая разработка урока английского языка во 2 классе. Тема урока: «Мои друзья животные» Развивать умения монологической и диалогической речи учащихся с использованием схем |
| Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... Цель: создать условия для формирования навыков выполнения буфов с использованием схем | | Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... Цели урока: сформировать у учащихся первые навыки решения задач на составление программ с использованием блок-схем |
| Методические указания по разработке схем зеленых кормовых конвейеров... Способ реконструкции внутрихозяйственной оросительной сети с использованием мобильного оросительного оборудования 4 | | Постэмбриональный период развития. Прямое и непрямое развитие. Онтогенез человека Обучающая: Обеспечить в ходе урока усвоение особенностей постэмбрионального периода развития через заполнение схем с использованием... |
| Урок "Курская битва" Основная идея преподавателя истории – формирование рационального мышления на основе создания опорных схем и использования опорных... | | Структурная организация компьютера Элементами могут быть самые различные устройства — от основных логических узлов компьютера до простейших схем. Структура компьютера... |
| Рабоч ая учебная программа дисциплины Схемотехника Целью преподавания дисциплины является формирование знаний в области цифровых и аналоговых электронных схем, принципов их разработки,... | | Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... Приём обучения (обучающий приём) кратковременное взаимодействие между преподавателем и учениками, направленное на передачу и усвоение... |
| Конспект занятия по развитию речи в подготовительной группе. Тема:... Конспект обычно оформляется на отдельных листах бумаги формата А4 (гарнитура шрифта – Times New Roman, кегль шрифта – 14 пт, межстрочный... | | Григорьев В. В., Дроздов В. Н. и др. Импульсные системы фазовой автоподстройки частоты Григорьев В. В., Дроздов В. Н. и др. Импульсные системы фазовой автоподстройки частоты. Л.: Энергоатомиздат, Ленинградское отделение,... |
