Введение к работе
Актуальность темы
Развитие радиопередающих систем началось с работ А. С. Попова, Г. Мар-кони, Н. Тесла, Э. Бранли, О. Д. Лоджа в 1893 - 1895 г. С тех пор было разработано около 90 различных типов модуляции сигналов, и все они используются по сей день. Такое разнообразие типов модуляции, протоколов передачи ставит перед производителями аппаратного обеспечения и инвесторами проблему выбора технологий (CDMA2000, UMTS/W-CDMA, EDGE, GPRS и др.) для инвестирования средств. В связи с этим предсказать направление, в котором рынок оборудования для систем мобильной связи будет развиваться в дальнейшем, очень тяжело. Ошибка в этом случае ведет к существенным финансовым потерям. Поэтому многие исследовательские лаборатории и производители оборудования мобильной телефонии начинают использовать архитектуру программно-зависимого радио как альтернативу традиционной архитектуры сотовых телефонов. Аппаратное обеспечение сотового телефона с архитектурой программно-зависимого радио (ПЗР) потенциально поддерживает все стандарты мобильной телефонии, а его фактические параметры определяет загруженная прошивка микропрограммного обеспечения. Еще одним преимуществом телефонов на базе архитектуры ПЗР является то, что они могут позволить более эффективно использовать радиочастотный спектр и потребляемую от источника питания энергию, легко переключаться с одного стандарта связи на другой (например, с GSM на PDC, когда европейцы въезжают на территорию Японии, или с GSM на EDGE для обновления возможностей телефона).
Благодаря данной технологии инженеры могут выбирать среди программных модулей, которые были созданы ранее другими разработчиками ПЗР систем, и использовать их в своей продукции в любом сочетании. Многократное повторное использование таких программных модулей позволяет снизить сложность проектирования, время вывода изделия на рынок и получить большую надёжность при меньших затратах на проектирование. Также аппаратное обеспечение систем на базе архитектуры ПЗР более простое, поскольку множество аналоговых цепей в них заменяется программной обработкой цифрового сигнала.
Анализ литературы по методам обработки сигналов показал, что параметры радиосигнала могут быть определены с помощью одной из двух больших групп ме-
тодов: детектирования особых точек сигнала (экстремума, перехода через ноль и т.п.), или спектрального анализа. Использование цифровой фильтрации радиосигнала не позволяет коренным образом решить проблемы получения точной информации о его параметрах, поскольку появление шумовых составляющих в радиосигналах имеет сложный характер и не всегда предсказуемо.
Анализ методов обработки радиосигнала, применяемых в программно-зависимых радиосистемах, показал, что в настоящее время не существует надежного метода цифровой обработки, который был бы устойчив ко всем видам помех, возникающих в тракте радиопередачи, и одновременно обеспечивал высокую точность измерений параметров радиосигнала.
В этой связи актуальным является исследование эффективных методов цифровой обработки получаемых данных в ПЗР системах.
Цели и задачи работы заключаются в разработке и исследовании:
программно-зависимой системы приема и демодуляции радиосигналов с различными типами модуляций;
методики и средств спектральной обработки радиосигналов в программно-зависимых радиосистемах.
Методы исследований
При выполнении работы использовались теоретические и экспериментальные методы исследования. Теоретические исследования выполнялись на основе теорий спектрального анализа сигналов, радиотехнических цепей и сигналов, методов компьютерного моделирования. В экспериментальных исследованиях использовались макетирование и натурный эксперимент.
Научная новизна диссертационной работы заключается в следующем:
Разработана методика расчета коэффициентов целочисленного цифрового КИХ-фильтра с использованием вейвлет-функции Морле с заданными полосой пропускания и уровнем подавления в полосе задерживания с учетом эффектов квантования по уровню.
Разработано фазовращательное звено, построенное на базе ортогональных КИХ-фильтров.
Создана математическая модель программно-зависимого трансивера с использованием вейвлет-анализа и предложенных цифровых фазовращательных звеньев.
Практическая ценность диссертационной работы заключается в следующем:
Разработан программно-зависимый трансивер по технологии «система на кристалле», обеспечивающий прием и демодуляцию радиосигналов с различными типами модуляций и подавление зеркального канала на 30 дб больше, чем схемы, применяющиеся в ПЗР системах.
Осуществлена аппаратная реализация системы цифровой обработки радиосигнала, реализованная по технологии «система на кристалле» с применением языка описания аппаратуры VHDL и позволяющая проводить обработку сигналов в режиме реального времени.
Работа выполнялась в рамках НИР и ОКР, проводимых на кафедре физики Ковровской государственной технологической академии имени В. А. Дегтярева:
ОКР по теме «Разработка архитектуры и основных компонентов унифицированной параметризованной платформы для высокопроизводительных «систем-на-кристалле» шифр 2007-9-2.7-00-01-003 (основание для проведения ОКР - решение Конкурсной комиссии Роснауки № 24 протокол № 6 от 24 августа 2007 г.);
НИОКР «Разработка высокоэффективных средств передачи и обработки радиосигналов систем радиомониторинга», государственный контракт № 6008р/8470 от 26.05.2008.
Результаты, полученные в ходе выполнения диссертационной работы, используются в учебном процессе и научных исследованиях кафедры физики Ковровской государственной технологической академии имени В. А. Дегтярева, применяются в производственной практике ОАО «Владимирское конструкторское бюро радиосвязи», ОАО «Зеленоградский инновационно-технологический центр», ООО «Ла-зерно-плазменные технологии».
На защиту выносится:
Методика расчета коэффициентов целочисленного цифрового КИХ-фильтра с использованием вейвлет-функции Морле с заданными полосой пропускания и уровнем подавления в полосе задерживания с учетом эффектов квантования по уровню и времени.
Фазовращательное звено, построенное на базе ортогональных КИХ-фильтров.
Математическая модель программно-зависимого трансивера с использованием вейвлет-анализа и предложенных цифровых фазовращательных звеньев.
