Устройства приема и обработки дискретных и аналоговых сигналов (УПО-ДАС).-2

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники (ТУСУР)

Кафедра радиоэлектроники и систем связи (РСС)

УТВЕРЖДАЮ Заведующий кафедрой РЗИ

_______________ А.В. Фатеев «____» ______________ 2019 г.

Устройства приема и обработки дискретных и аналоговых сигналов

Методические указания по самостоятельной работе для студентов направлений 11.04.01 «Радиотехника» и

11.03.02 «Инфокоммуникационные технологии и системы связи»

Разработчики

Профессор кафедры РСС, д.ф.-м.н..

_______________ А. С. Задорин;

2019

УПО-ДАС. МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЕ

Задорин А. С. Устройства приема и обработки дискретных и аналоговых сигналов

(УПО-ДАС). Методические указания по самостоятельной работе: учебно-методическое пособие – Томск: Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники, 2019. – 18 с.

Приводятся методические указания по самостоятельной работе по дисциплине

«Устройства приема и обработки дискретных и аналоговых сигналов» для студентов-

магистрантов направлений 11.04.01 «Радиотехника», 11.03.02 «Инфокоммуникационные технологии и системы связи»

©Задорин А. С. 2019.

©Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники, 2019.

2

3

УПО-ДАС. МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЕ

1. Цель и задачи преподавания дисциплины

Целью дисциплины «Устройства приема и обработки дискретных и аналоговых сигналов (УПО-ДАС)» является развитие у студентов-магистрантов направлений 11.04.01 «Радиотехника» и 11.04.02 «Инфокоммуникационные технологии и системы связи» компетенции по решению инженерных задач, связанных с исследованием и проектированием цифровых и аналоговых устройств приема и аналого-цифровой обработки сигналов различного назначения.

Процесс изучения дисциплины направлен на формирование следующих компетенций:

–ОК-4 способностью адаптироваться к изменяющимся условиям, переоценивать накопленный опыт, анализировать свои возможности;

–ОПК-1 способностью понимать основные проблемы в своей предметной области,

выбирать методы и средства их решения;

– ОПК-5 готовностью оформлять, представлять, докладывать и аргументированно защищать результаты выполненной работы;

В результате изучения дисциплины студент должен:

– знать современные методы математического описания принципа действия функциональных блоков и систем радиоприемного устройства (РПрУ); основные закономерности преобразования сигналов в типовых каскадах приемного устройства;

методы обеспечения помехоустойчивости при приеме и преобразовании сигналов;

–уметь использовать современные средства вычислительной техники для решения задач приема и обработки сигналов; работать со специальной литературой; готовить техническую документацию на разработанные устройства.

–владеть методами и способами инженерного проектирования современных РПрУ различного назначения, их подсистем, блоков и узлов; методами экспериментальных исследований и испытаний разработанных устройств; методами обработки результатов экспериментальных исследований.

2. Организация самостоятельной работы

Самостоятельная работа студентов предполагает углубленное изучение разделов дисциплины, которые связаны с проработкой лекционного материала, подготовкой к контрольным работам, выполнением лабораторных работ и самостоятельное освоение ряда теоретических вопросов при выполнении курсовой работы и подготовке к сдаче экзамена и курсового проекта.

4

УПО-ДАС. МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЕ

Темы тестовых работ:

Тестовая работа №1

Структурная схема цифровой системы передачи (ЦСП) типа «точка-точка» показана на

рис.3, где G - коэффициенты усиления антенн ЦСП, D – длина пролета РСС.

Рис. 1.3. Структурная схема цифровой ЦСП «точка-точка»

Для вариантов заданий, указанных в таблице 1, по заданным коэффициентам усиления антенн, длине линии связи, рабочей частоте, типу цифровой модуляции, скорости передачи (битрейт) и допустимому уровню BER выполнить следующие действия:

1.Предложить структурную схему системы связи;

2.Оценить уровень шумов цифрового приемника, обусловленных внешними и внутренними факторами;

3.В среде AWR Visual System Simulator (AWR VSS) для заданного типа цифровой модуляции используемого сигнала провести расчет зависимости BER от отношения сигнал/шум приемника;

4.Установить необходимый уровень мощности передатчика, обеспечивающий заданную величину коэффициента ошибок.

5.В среде AWR Visual System Simulator (AWR VSS) для заданного типа цифровой модуляции используемого сигнала провести моделирование следующих характеристик приемника ЦСП:

энергетического спектра;

глазковой диаграммы (ГД);

диаграммы созвездия (ДС);

бюджет мощности сигнала, т.е. его распределение вдоль ВЧ-тракта приёмника.

6.необходимую мощность передатчика ЦСП P;

7.Для заданных условий РРВ по линии связи, воспользовавшись моделью надежности трассы РРВ Барнетта-Вигнанта (параметры модели: коэффициент неравномерности А, коэффициент пересчета вероятности наихудшего месяца в

5

УПО-ДАС. МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЕ

годовую -B, коэффициент готовности -R), оценить необходимую глубину регулировки системы АРУ приемника ЦСП;

8.Установить необходимую АЧХ ВЧ-тракта приёмника.

Таблица 1. Варианты заданий к тестовой работе №1. Расчет структурной схемы ЦСП

Тестовая работа №2

Приведенная на рис.1. структурная схема усилительного тракта РПрУ первой группы

сложности (по ГОСТ 5651-89 Аппаратура радиоприемная бытовая), настроена на прием заданного в соответствии с вариантом задания частотного диапазона, имеет входное сопротивление 50 Ом, и соединена со входом приемника коаксиальным кабелем, вносящим затухание 0 дБ. Тракты УВЧ приемника супергетеродинного типа выполнены на основе активных фильтров Саллена-Кея.

Для вариантов заданий, указанных в таблице 1, по заданным избирательности приемника по соседнему каналам, а также номинальному напряжению на входе детектора

Ud, и коэффициенте преобразования смесителя Кпр, выполнить следующие действия:

1.В среде AWR Visual System Simulator (AWR VSS) разработать расчетную компьютерную модель приемника;

6

УПО-ДАС. МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЕ

2.С помощь VSS-модели определить необходимый бюджет усиления, число каскадов

и приемника, полагая, что его чувствительность соответствует требованиям ГОСТ

5651-89, номинальное напряжение на входе детектора равно Ud, а коэффициент преобразования смесителя равен Кпр;

Рис. 1 Структурная схема усилительного тракта РПрУ

3.С помощь разработанной VSS-модели определить необходимое число каскадов в трактах УПЧ-1, обеспечивающих требуемую избирательность приемника по соседнему каналу.

4.Предложить тип микросхемы ОУ, пригодной для работы в трактах УРЧ и УПЧ-1 на заданной частоте.

5.В среде MultiSim разработать расчетную компьютерную модель принципиальной схемы усилительного частотно-избирательного каскада. С помощью данной модели промоделировать необходимую частотную селективность одного каскада трактов УРЧ и УПЧ.

Таблица 1. Варианты заданий к тестовой работе №2. Расчет усилительного тракта РПрУ

7

УПО-ДАС. МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЕ

Темы практических работ:

Структурные схемы радиотракта аналогового приемника

Преобразователь Хартли, преобразователь Уивера

Программно определяемая обработка сигнала в тракте РПрУ

Подавление зеркального канала (ЗК) комплексным цифровым фильтром

Измерение бюджетов мощностей сигнала и шумов в тракте СГПр

Подавление зеркального и соседнего каналов в тракте РПрУ методом фильтрации

Подавления зеркального канала фазокомпенсационным методом.

Исследование систем ручной и автоматической регулировки усиления радиоприемника.

Основные параметры аналоговых радиоприемных устройств

Модель линейного тракта аналогового приемника прямого усиления.

Бюджет шумовых и передаточных характеристик тракта РПрУ

Тракт супергетеродинного приемника

Исследование нелинейности тракта УПО-ДАС

Точки 1 дБ-компрессии и пересечения IP3 РПрУ.

Измерение амплитудной характеристики и точек пересечения IP3

Onlineкорректировка точек пересечения элементов тракта.

Onlineкорректировка шум-фактора Fш элементов тракта

Расчет активных LC-фильтров тракта РПрУ

Измерение шум-фактора активных фильтров

Исследование аналоговых амплитудных линеаризующих детекторов на основе операционных усилителей

Проектирование фильтров на ПАВ тракта РПрУ

Расчет топологии ПАВ-фильтра для тракта УПЧ

Обработка сигналов с цифровой модуляцией в тракте УПО-ДАС

Амплитудные виды модуляции (OOK, ASK)

Фазовые виды модуляции (BPSK, QPSK, M-PSK)

Многопозиционная фазовая модуляция (M-PSK)

Квадратурная фазовая модуляция (QPSK – Quadrature Phase Shift Keying)

Обработка в канале связи комплексной огибающей (baseband) сигнала

Обработка в канале связи вещественного (passband) сигнала

Формирование, прием и обработка АМсигнала в USRP-2920

8

УПО-ДАС. МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЕ

Темы лабораторных работ:

Изучение приемной аппаратуры радиорелейной системы связи «МИК-РЛР+»

Исследование двухлучевой интерференции в канале ЦРРС

Исследование помехоустойчивости цифровых приемников ЦРРС

Исследование узлов аналогового радиоприемника с помощью автоматизированной информационно – измерительной системы

Исследование входных цепей РПрУ

Исследование преобразователя частоты РПрУ

Исследование тракта промежуточной частоты РПрУ

Исследование АЧХ тракта РПрУ с помощью генератора шума

Исследование избирательности РПрУ по соседнему каналу

Прототипирование цифровых и аналоговых РПрУ по технологии программно определяемой радиосистемы

Прототипирование системы передачи аудиосигнала по каналу с АМ модуляцией в УКВ диапазоне

Темы курсовых работ:

Тип 1. Бытовой радиовещательный приемник по ГОСТ5651-89

1.Исходные данные к проекту:

1.1.Диапазон частот (МГц) -;

1.2.Условия эксплуатации -;

1.3.Группа сложности -;

1.4.Чувствительность, ограниченная шумами,

при отношении сигнал/шум, дБ., не менее – ;

по напряжению со входа для внешней антенны,

мкВ, не хуже - ; 1.5. Односигнальная избирательность по соседнему каналу

при расстройке ±9кГц, дБ, не менее -;

1.6.Односигнальная избирательность по зеркальному каналу, дБ, не менее: -;

1.7.Глубина ручной регулировки усиления, дБ -.

1.8.Действие ручной автоматической регулировки усиления:

изменение уровня сигнала на входе, дБ, - ;

изменение уровня сигнала на выходе, дБ, не более - ;

9

УПО-ДАС. МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЕ

1.9. Технологическая платформа структурной схемы РПрУаналоговый инфрадинный приемник с технологией программно-определяемого радиоприема (Software Defined Radio).

2.Перечень вопросов, подлежащих разработке:

2.1.Разработка структурной схемы РПрУ и ее эскизный расчет;

2.2.Разработка программной модели РПрУ в среде AWR Visual System Simulator и проверка результатов расчета по п.2.1;

2.3.Электрический расчет принципиальной схемы и симуляция работы в среде к.-л. CAD-системы следующих блоков приёмника:

Усилитель высокой частоты и преселектор;

Первый преобразователь;

Фильтр усилителя первой промежуточной частоты;

2.4.Сравнение расчётных характеристик приёмника с заданными ТЗ.

3.Перечень обязательных чертежей:

3.1.Структурная схема приёмника;

3.2.Принципиальная и монтажная схемы перечисленных выше каскадов приёмника, выполненные в системе P-Cad.

3.3.Перечень элементов.

2.5.Топологическая схема и АЧХ ПАВ-фильтра.

4.Перечень обязательных чертежей:

3.4.Структурная схема приёмника;

3.5.Принципиальная схема преселектора и ПрЧ приёмника,

3.6.Перечень элементов.

5.Список литературы:

4.1.Н.Н. Фомин, Н.Н. Буга, О.В. Головин и др.; Под ред. Н.Н. Фомина.

Радиоприемные устройства: Учебник для ВУЗов /- М.: Горячая линия,

2007. - 520 с.

4.2.ГОСТ 5651-89. Аппаратура радиоприемная бытовая. Общие технические условия.

4.3.У. Томаси. Электронные системы связи /- М.: Техносфера, 2007. - 1360 c.

4.4.Задорин А. С., Максимов А.В., Кузьменко И.Ю. Устройства приема и обработки дискретных и аналоговых сигналов (УПО-ДАС).

Методические указания по курсовому проекированию: учебно-

методическое пособие – Томск: Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники, 2019. – 77 с.

10