Введение к работе
Актуальность темы. Одной из тенденций развития современной радиотехники является все более широкое внедрение методов цифровой обработки сигналов ( ЦОС ). Эта объективная тенденция обусловлена качественно новыми возможностями аппаратуру ЦОС, которая, в отличие от аналоговой аппаратуры, позволяет при высокой точности обработки и стабильности характеристик оперативно изменять алгоритмы работы, что обеспечивает в многофункциональных радиотехнических устройствах возможность выполнения на одной я той же аппаратурной базе всех функций в режиме разделения времени. Неослоряш преимущества ЦОС с точки зрения автоматизации проектирования и производства аппаратуры.
Одной из областей радиотехники, где применение средств ЦОС дает ощутимый эффект уаэ сегодня, является техника радиоприема. Массовый выпуск и постоянное.совершенствование специализированных однокристальных процессоров ЦОС, а также создание на их основе аппаратно-программных комплексов для отладки проектируемых устройств и испытания их в режиме реального времени позволяет минимизировать время и стоимость разработки аппаратуры ЦОС, обеспечить практически абсолютную предсказуемость характеристик разрабатываемых устройств уже на этапе проектирования. Непрерывное повышение производительности и снижение стоимости новых поколений процессоров ЦОС делает'экономически еыгодньм применение ЦОС не только в профессиональной" аппаратуре, но и в высококачественной аппаратуре бытового назначения.
При создании цифрового приемника, обеспечивающего прием сигналов с различными видами модуляции, ключевой задачей, определяющей объем и стойкость цифровой части приемного тракта, является разработка алгоритмов приема наиболее широкополосных сигналов, к числу которых относятся сигналы с частотной модуляцией. Известные алгоритмы цифровой обработки ЧМ сигналов требуют для своей реализации большого объема вычислительных затрат. В связи с этим актуальной представляется задача синтеза экономичных алгоритмов цифровой обработки ЧМ сигналов, учитывагь ІДИХ особенности архитектуры современных сигнальных процессоров.
Цель работы. Разработка и исследование алгоритмов цифровой обработки ЧМ сигналов, обеспечивающих по сравнении с известными снижение объема вычислительных затрат на реализаций,
и разработка на их основе структурной схемы тракта обработки ЧМ сигналов в цифровом радиоприемном устройстве. Для достижения поставленной цели необходимо решение следующих задач.
-
Исследование существующих и синтез более эффективных алгоритмов цифровой демодуляции ЧА сигналов.
-
Разработка и исследование алгоритмов цифрового декодирования комплексного стереосигнала.
-
Разработка и исследование устройства выборки - хранения для дискретизации полосовых колебаний, отличающегося малой величиной нелинейной составляющей апертурної! неопределенности.
-
Разработка структуры тракта цифровой обработки сигналов системы ЧМ стереовещания к методики выбора оптимальных значений частоты дискретизации и промежуточной частоты.
5. Создание пакета программных средств, позволяющих
производить исследование характеристик функциональных узлов
тракта цифровой обработки сигналов путем их имитационного
моделирования на ЭВМ.
Методы исследования. В диссертации приведены результаты исследований, проведенных с использованием методов теории радиотехнических цепей и сигналов, методов вычислительной математики, теории функций комплексного переменного, теории специальных функций, теории вероятности и случайных процессов, математической статистики, теории оптимальных методов приема сигналов.
Научная новизна. Новыми являются следующие результаты диссертационной работы.
і. Результаты анализа точности алгоритмов . цифровой демодуляции ЧМ сигналов, производящих гдэямую оценку частоты н реализующих процедуры приближенного вычисления значении производных квадратурных составлявших.
2. Результаты синтеза и анализа трех новых алгоритиов цифровой демодуляции ЧМ сигналов, предназначенных для работы в надпороговой области :
- алгоритм с использованием приближенного дифференцирования
квадратурных составлящих по пяти отсчетам;
- алгоритм с полиномиальной коррекцией нелинейности
деыодуляционной характеристики;
- таблично-интерполяционный алгоритм с использованием проце
дуры определения номера полуквадранта коиплексной плоскости, с
котором расположен вектор демодулируеиого колебания.
3. Результаты синтеза и анализа алгоритмов цифрового
адаптивного декодирования комплексного стереосигнала.
4. Устройство выборки-хранения интегрирующего типа,
отличающееся уменьшенной величиной нелинейной составляющей
апертурної! неопределенности.
5. Структура тракта цифровой обработки сигналов Ч?Л
стереовещания и оценка требуемого для ее реализации объема
вычислительных затрат.
Практическая ценно с т ь работы.
-
Разработанные алгоритмы цифровой демодуляции ЧМ сигналов с полиномиальной коррекцией неликейноста позволяет в 4 ~ 6 раз снизить объем вычислительных затрат на реализацию демодулятора на однокристальном сигнальном процессоре.
-
Разработанный алгоритм цифровой демодуляции ЧМ сигналов, в котором производится приближенное дифференцирование квадратурных составляших по пяти отсчетам, позволяет в 2 — 4 раза снизить требования к производительности умножителя в структуре демодулятора, реализованного на многокристальном процессоре, содержащем отдельные умножитель и сушатор.
-
Применение предложенного в работе цифрового адаптивного декодера комплексного стереосигнала дает возможность обеспечить увеличение отношения сигнал/псофометрический шум на выходе стереодекодера. Увеличение указанного отношения в паузе передачи достигает величины 18 дБА.
-
Использование разработанного устройства выборки-хранения интегрирующего типа для дискретизации сигналов с широкой полосой позволяет значительно расширить динамический диапазон блока дискретизации и квантования приемника.
5. Предложенная методика выбора значений частоты
дискретизации и промежуточной частоти в цифровом радиоприемнике
сигналов ЧМ стереовещания дает возможность произвести выбор
оптимальных значений указанных частот.
6. Использование алгоритма мягкого декодирования блочного
кода ( 10,6 ) позволяет создать декодер, работающий в реальном
масштабе времени на вычислительной структуре низкой стоимости с
ограниченным быстродействием и малым энергопотреблением.
7. Реализация разработанной структуры трактл цифровой
обработки сигналов ЧМ стереовещания открывает возможность
создания современного радиовещательного приемника, в котором
обработка принимаемых сигналов производится в цифровом виде на
одном серийно выпускаемом сигналы;ом процессора.
Реализация и внедрение результатов исследований.
-
В НИИ радиовещательного приема и акустики им. А.С. Попова результати диссертационной работы использованы при разработке цифрового радиовещательного приемника.
-
На приборостроительном заводе им. Козицкого при создании цифровой сети низовой связи использованы алгоритмы мягкого декодирования блочного кода ( 10, 6 ) с использованием информации о надежности приема двоичных символов.
Результаты внедрения подтверждаются соответствующими актами.
Апробация работы. Основные положения работы докладывались на Второй международной науч.-техн. конференции " Актуальные проблемы электронного приборостроення'ЧНоьосибирск, 189-1), Всесоюзной науч.-техн. иколе-сеюшаре "Цифровая обработка сигналов в системах связи и управленій"( Ростов Великий, 1891 ), VIII Всесоазн. науч.-техн. конференции "Радиоэлектроника и связь на службе качества " {Москва-Свердловск, 1988), Шестой всероссийской науч.- техн. конференции "Радиоприем и обработка сигналов" (НіШікґі Новгород, 1993), науч.-техн. конференции " Проблеми создания аппаратуры радиосвязи и радиоэлектроники устройств народно-хозяйственного и бытового назначения" (Омск, 19S0), Юбилейной областной науч.-техн. конференции, поев. ХХХ-легшо оыекой организации НТО РЭС им. А.С.Попова (Омск,1892), XXVII и Ш науч.-техн. конференциях проф.-преп. состава, научных работников и аспирантов ( Омск, 1989 и 1994 ).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 20 научных работ, в том числе одна статья в центральной печати м одно авторское свидетельство на изобретение.
Структура й объен диссертации. Работа состоит из введения, четырех разделов, заключения, списка литературы из 107 наименований и двух приложений. Основной текст нажжен на 127 страницах, содержит 3 таблицы и 40 рисунков.
Основные положения, в u и о с и ы ые иазациту.
1. Результаты синтеза, ' анализа и имитационного
моделирования алгоритмов цифровой демодуляции ЧЇІ сигналов,
предназначенных для работы в надпороговой области.
2. Структура цифрового адаптивного декодера комплексного
стереосигнала, предназначенного^, для использования в ЦРПУ
4 '
сигналов ЧМ стереовещания.
-
Структура тракта обработки ЧМ сигналов цифрового вещательного радиоприемника и методика оыбора значений частоты дискретизация и промежуточной частоты.
-
Устройство выборки - хранения полосовых колебаний, отличающееся уменьшенной величиной нелинейной составляющей опертурной неопределенности.
