Введение к работе
Актуальность темы. В последние годы большое развитие в радиосвязи получили новые типы радиосигналов, отличающиеся более высокой спектр&тьной эффективностью но сравнению с традиционно используемыми: сигналы с многопозиционной фазовой манипуляцией (ФМн), квадратурно-амплитудной манипуляцией (КАМ) и т.п. Использование новых типов сигналов повлекло за собой пересмотр требований к качественным показателям отдельных узлов систем радиосвязи. В первую очередь это относится к синтезаторам частот (СЧ), определяющих основные технические параметры и качество работы системы в целом. В этой связи разработка высококачественных СЧ с улучшенными характеристиками для оборудования цифровой радиосвязи чрезвычайно актуальна.
Появление на массовом рынке элементной базы, построенной по принципу цифрового вычислительного синтеза, определило новое направление в этой области. Присущие цифровым вычислительным синтезаторам (ЦВС) уникальные параметры (наносскундное время переключения между частотами без разрыва фазы, диапазон выходных частот практически от нуля до десятков МГц с шагом сетки частот, равным десятым долям Гц) позволяют использовать их для формирования сигналов практически любой сложности.
Наибольший вклад в исследование различных систем на основе ЦВС в разные годы внесли. В.В.Шахшльдян, А.В.Пестряков, В.Н.Кулешов, В.Н. Кочемасов, ВТ. Лучков, Л.Л Зайцев, О.Т. Матюшин, Wheatley С.Е., Philips D.E.
Однако существующие на сегодняшний день ИМС ЦВС не позволяют создавать СЧ с іребованиями, предъявляемыми современными цифровыми системами связи. В первую очередь это связано с высоким уровнем шумовых компонент в выходном сигнале ЦВС, недопустимым для современных систем цифровой радиосвязи, и недостаточно высоким шачением выходной частоты сигнала ЦВС.
Целью диссертационной работы является разработка и исследование систем синіє 1.1 "астат метрового и дециметрового диапазонов на базе ЦВС для систем цифровой радиосвязи. В качестве решения задачи в работе предлагается использовать ЦВС в сочетании с системами импульсной фазовой автоподстройки частоты (ИФАПЧ).
Для достижения поставленной цели в работе решаются следующие задачи по тсоре-I ическочу исследованию и практической разработке СЧ:
-
Определение требований к спектральной чистоте сигнала СЧ для радиоприемного устройства системы с ммогопозиционной ФМн;
-
Рафабоїка структури СЧ. реализующей необходимые требования к синтезируемому cm налу;
-
Разработка математических моделей, алгоритмов и программ анализа динамических и спектральных характеристик разработанного СЧ;
-
Исследование динамических и спектральных характеристик разработанного СЧ;
-
Проведение экспериментального исследования с целью проверки основных результатов теоретических исследований;
-
Выработка рекомендаций и предложений по технической реализации СЧ на современной элементной базе.
Методы исследования. В диссертационной работе при решении поставленных задач используются теория непрерывных и импульсных систем автоматического регулирования; аппарат разностных уравнений; дискретного преобразования Лапласа; теория фильтрации шумов в импульсных системах автоматического управления, а также методика численного моделирования процессов и расчетов на персональном компьютере с использованием универсальных математических сред.
Научная новизна диссертационной работы заключается в следующем:
-
Получены математические соотношения для определения требований к шумовым характеристикам СЧ систем ФМн радиосвязи для случая сложной модели шумов СЧ;
-
Разработана математическая модель и проведен анализ динамических и спектральных характеристик двухкольцевой дискретной связанной системы фазовой синхронизации (ДССФС) с частотно-фазовым детектором (ЧФД) для колец 2-го и 3-го порядков;
-
Проведен анализ влияния обобщенных параметров системы на локальную устойчивость, характер и время процесса установления фазы и спектральные характеристики. Установлено, что для рассматриваемой двухкольцевой ДССФС оптимальные по быстродействию пзраметры системы отличаются от оптимальных параметров дтя одно-кольцевого СЧ. Найдены оптимальные по быстродействию соотношения параметров системы. Определены границы использования непрерывной модели СЧ для анализа спектральных характеристик.
Практическая ценность диссертационной работы заключается в следующем:
-
Для цифровых систем радиосвязи на базе ФМн сигналов уточнена методика определения требований к спектральной чистоте сигнала СЧ;
-
Разработана методика нахождения структуры СЧ на основе ЦВС при заданных шумовых характеристиках выходного сигнала. Получена общая структура СЧ, способного реализовать заданные требования но спектральной чистоте выходного сигнала. Проведен обзор современного состояния I1MC ЦВС:
-
Для анализируемого СЧ разрабенаны алгоритмы и программы расчета динамических и спектральных характеристик;
-
Результаты проведенных исследований позволили сформулировать предложения по повышению эффективности и оптимизации по быстродействию и чистоте спектра выходного сигнала разработанной системы;
-
Представлены новые решения реализации СЧ на основе метода аппрокснммационного деления (умножения) сформированной сетки частот, позволяющие упростить структу-руСЧ;
6. Результаты диссертационной работы реализованы в ходе НИР «ЧИНАЕ-ГКНО-1», вы
полненной МТУСИ по заказу в.ч. 45807-Э.
Основные положения (результаты), выносимые на зашиту:
-
Уточненная методика определения спектральных параметров СЧ для систем на базе ФМн сигналов;
-
Методика проектирования структуры и определения параметров СЧ на основе ЦВС;
3 Математическая модель СЧ на основе двухкольцевой системы ИФАПЧ с ЧФД и фильтрами первого и второго порядков в виде систем двух нелинейных разностных уравнений;
-
Результаты исследования динамических и спектральных характеристик системы: зависимости характера и длительности переходных процессов в СЧ от параметров колец; области устойчивой работы СЧ на двухкольцевой системы ИФАПЧ с ЧФД; частотные характеристики двухкольцевой системы ИФАПЧ с ЧФД;
-
Методика инженерного расчета динамических и спектральных характеристик СЧ на основе ЦВС;
6 Предложения по минимизации структуры СЧ на основе применения разработанного аппроксимирующего метода деления (умножения) сформированной сетки частот.
Реализация результатов диссертации. Результаты диссертационной работы использовались в научно-исследовательских работах, проводившихся по Программе фундаментальных и прикладных исследований вузов связи, подготовленной Государственным комитетом по связи и информатике РФ и Министерством обороны РФ. НИР выполнялись н оіраслевьіх лабораториях "Фазовой синхронизации" и "Радиотехнических систем" научно-исследовательской части Московского технического университета связи и информатики. Материал диссертации использовался в учебном процессе по кафедре радиопередающих устройств МТУСИ в курсе "Радиопередающие устройства" и при выполнении студентами курсовых и дипломных работ.
Апробация результатов диссертационной работы прочедена в процессе 10 выступлений на научно-технических конференция университетского, всероссийского и международного масштаба в 1997-2000 гг. и периодических изданиях.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 11 научных работ. Структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения и четырех приложений.
