Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Устройства приема и обработки сигналов. Учебно-методическое пособие-1
.pdf
Накладывающиеся на синхросигнал паразитные наводки приводят
J
J
к флуктуациям фронтов импульсов синхронизации. Это нарушает период их следования и соответственно периодичность тактирования
АЦП, ЦАП и других цифровых устройств.
Случайный джиттер обычно обусловлен тепловыми, дробовыми и
розовым (1/f) шумами [16]. Его функция распределения, как правило,
подчинена нормальному закону:
2
()
x
fx e
()
сл. дж
1
2
J
2
2
, (6)
где μ – номинальный период тактового генератора;
– среднеквад-
ратическое отклонение момента дискретизации от среднего значения.
Определенный джиттер подразделяется на периодический (англ.
periodic jitter), зависящий от данных (англ. data-dependent) и искаже-
ние коэффициента заполнения (англ. duty-cycle distortion) [16, 21].
Периодический джиттер вызывается периодическими помехами от
мощных генераторов, импульсных источников питания и перекрестными наводками [16].
Джиттер, зависящий от данных, коррелирован с передаваемой последовательностью данных. В
частности, он вызывается межсимвольной интерференцией (МСИ). Во временной области МСИ проявляется
в возникновении задержанных копий сигнала на входе приемника,
обусловленных многолучевым распространением, отражением сигнала
от неоднородностей распространения в среде или проводах (например,
рассогласованием сопротивления нагрузки) [16, 21].
Третий вариант джиттера – искажение коэффициента заполнения
имеет две причины. Первая – изменение порога срабатывания, вторая
причина – различие между временем нарастания и спада фронтов импульса синхронизации [16].
Моделирование эффектов, обусловленных
дискретизацией
В исследуемом макете изменение частоты дискретизации осуществляется очень просто. Ее значение вводится в виде команды устройству,
формирующему тактовую частоту АЦП.
11
Для используемого SDR-приемника в среде MATLAB соответ-
s
s
s
ствующий фрагмент программы выглядит следующим образом [22]:
hSDR = comm.SDRRTLReceiver('0', ...
'CenterFrequency', F0, ...
'SampleRate', Fd, ...
'SamplesPerFrame', L, ...
'OutputDataType', 'single');
С его помощью задаются: центральная частота (F0), частота дис-
кретизации (Fd), количество отсчетов (L) и формат выходных данных
(double, single или int16).
Моделирование эффектов, обусловленных квантованием
Квантованный дискретный сигнал вычисляется как
( ) round( ( ) )xn xn
кв
()xn – отсчеты дискретного сигнала; n – номер отсчета; round() –
где
,
операция округления до ближайшего целого; ∆ – шаг квантования.
Моделирование эффектов, обусловленных рассогласованием
квадратурных составляющих
Внесение рассогласования квадратурных составляющих в оцифрованный сигнал
() () ()
nIn jQn
реализовано следующим образом.
1. Внесение рассогласования за счет добавления к сигналу посто-
янной составляющей:
() () ()
nQn QjIn
.
2. Дисбаланс каналов по коэффициентам передачи (g – коэффици-
ент дисбаланса):
() () ()
nQn jIng
.
12
Если g принимает значение 0, синфазная составляющая будет пол-
J
x
J
J
J
ностью отсутствовать.
3. Рассогласование путем комбинирования пп. 1 и 2.
Моделирование эффектов, обусловленных джиттером
Величина джиттера при моделировании задается величиной среднеквадратического отклонения (СКО)
. При моделировании джит-
тера исходные отсчеты сигнала смещаются на величину Δn.
1. Для случайного джиттера
() ()
nn x n
где
J
()
n
– отсчеты стандартного нормального случайного процесса
сп
сп
,
(СКО = 1, математическое ожидание равно нулю).
2. Для периодического джиттера заданная
выступает в роли
амплитуды:
() cos(2 )
nn nN
где
N
– период флуктуаций момента дискретизации.
,
J
Далее осуществляется пересчет последовательности отсчетов сигнала с учетом джиттера. При дискретизации сигнала отсчеты берутся в
моменты времени
ся на величины
Теперь отсчеты сигнала будут браться в моменты времени
(2), (3)tttt
23
,,tt t
123
() ()
tn T nn
и т. д. При наличии джиттера они смещают-
d
и т. д. (рис. 6).
(где
T
– период дискретизации).
d
(1),tt
1
()st
0
t
1
Рис. 6. Моделирование джиттера
при дискретизации сигнала
t
t
3
2
t
13
t
Для вычисления значения сигнала в новый момент времени ис-
пользуется линейная интерполяция:
если
n
> 0,
если
() ()(1 ()) ( 1) ()U nUn nn Un nn
вых вх вх
< 0,
n
() ()(1 ()) ( 1) ()U nUn nn Un nn
вых вх вх
;
.
ОПИСАНИЕ ИНТЕРФЕЙСА ЛАБОРАТОРНОГО СТЕНДА
На рис. 7 представлен вид окна ПО стенда. В середине представлены области для вывода временных реализаций квадратурных составляющих исходного сигнала и его спектра, под ними располагаются
аналогичные изображения для сигнала, подвергнутого оцифровке.
Рис. 7. Вид окна ПО стенда
Сверху слева расположены поля для ввода несущей (центральной)
частоты принимаемого сигнала, его частоты дискретизации (макси-
14
мальная частота 3.2 МГц) и количества отсчетов временной реализации принятого сигнала (число кратное 256, не более 2048).
В программе есть возможность исследовать искажения тестового
сигнала (гармонический, задаваемый комплексной экспонентой), для
этого необходимо в соответствующем поле в верхней части главного
окна поставить флаг и ввести частоту сигнала (рис. 8).
Рис. 8. Вид окна ПО стенда (работа с тестовым сигналом на примере
квантования)
В правой стороне окна расположены кнопки для расчета сигнала,
подвергнутого искажениям, вызванным квантованием, рассогласованием квадратурных составляющих, а также джиттером. При этом в соответствующих полях задаются количество разрядов при квантовании,
параметры джиттера и рассогласования квадратурных составляющих.
15
ВЫПОЛНЕНИЕ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ
1. Предварительные установки
1.1. Подключить SDR-приемник к компьютеру и запустить программу для просмотра спектра принимаемого сигнала SDRSharp.exe в
режиме реального времени (рис. 9).
Рис. 9. Пример спектра сигнала, получаемого с помощью программы
SDRSharp (SDR#)
1.2. Перестраивая приемник по частоте (колесиком мыши), выбрать
частоту, в окрестности которой спектр имеет ярко выраженный пик
или неравномерность, что свидетельствует о наличии сигнала на этой
частоте.
1.3. Запустить программное обеспечение лабораторного стенда в
среде MATLAB (см. раздел «Описание интерфейса лабораторного
стенда»). Ввести выбранное в п. 1.2 значение частоты сигнала (поле
«Центральная частота»
на рис. 7).
2. Исследование влияния частоты дискретизации сигнала
2.1. Установить следующие условия. Разрядность 8. Постоянная
составляющая 0. Коэффициент дисбаланса 1. Джиттер отсутствует
(СКО джиттера равно нулю). Количество отсчетов временной реализации принятого сигнала 2048.
2.2. Меняя частоту дискретизации в пределе 250 кГц…3.2 МГц (рекомендуемые значения: 250 кГц, 1 МГц, 2 МГц, 3.2 МГц), зафиксировать спектр сигнала после оцифровки.
2.3.
Установить частоту тестового сигнала 500 кГц. Меняя частоту
дискретизации на значения 300 кГц, 500 кГц, 600 кГц, 1 МГц, 2 МГц,
зафиксировать виды спектра оцифрованного тестового сигнала.
2.4. Сделать выводы.
16
3. Исследование влияния ограниченной разрядности
квантования
3.1. Установить следующие условия. Частота дискретизации 3.2 МГц.
Постоянная составляющая 0. Коэффициент дисбаланса 1. Джиттер отсутствует (СКО джиттера равно нулю). Количество отсчетов временной реализации принятого сигнала 2048.
3.2. Включить режим использования тестового гармонического сигнала. Снять зависимость уровня побочных компонентов в спектре
оцифрованного сигнала от разрядности квантования,
меняя ее значение
в пределе 1…8 (например, разрядность 1, 2, 4, 8).
3.3. Для разрядностей 1, 2, 4 и 8 зафиксировать виды спектра оцифрованного принимаемого сигнала.
3.4. Сделать выводы.
4. Исследование влияния рассогласования квадратурных
составляющих сигнала
4.1. Установить следующие условия. Частота дискретизации 3.2 МГц.
Разрядность 8. Коэффициент дисбаланса 1. Джиттер отсутствует (СКО
джиттера равно нулю). Количество отсчетов временной реализации
принятого сигнала 2048.
4.2. Зафиксировать виды
спектра оцифрованного принимаемого
сигнала для значений постоянной составляющей 0, 1 и 2.
4.3. Установить постоянную составляющую равной 0. Зафиксиро-
вать виды спектра оцифрованного принимаемого сигнала для значений
коэффициента дисбаланса 0, 0.5 и 1.
4.4. Повторить операции пп. 4.2 и 4.3 для тестового сигнала.
4.5. Сделать выводы.
5. Исследование джиттера
5.1. Установить следующие условия. Частота дискретизации 3.2 МГц.
Разрядность 8. Постоянная составляющая 0. Коэффициент дисбаланса 1.
Количество
отсчетов временной реализации принятого сигнала 2048.
5.2. Включить режим тестового сигнала. Снять зависимость уровня
побочных компонент в спектре оцифрованного сигнала от величины
среднеквадратического отклонения (СКО) σ для случайного и периодического джиттера.
17
5.3. Перейти в режим работы с сигналом SDR-приемника. Зафик-
сировать виды спектра оцифрованного принимаемого сигнала для случайного и периодического джиттера.
5.4. Сделать выводы.
6. Выводы по работе в целом
Объяснить наблюдаемые изменения. Спрогнозировать их последствия с точки зрения изменений основных характеристик РПУ (чувствительности, избирательности по соседнему каналу, помехозащищенности
и др.).
18
УПЧ
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2
СУПЕРГЕТЕРОДИННЫЙ ПРИЕМНИК
С ПЕРЕМЕННОЙ ПЧ
Цель работы: изучить принцип действия спутникового конвертера.
Исследовать частотные, поляризационные, направленные свойства
устройства, а также его работу в многосигнальном режиме.
ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ О СПУТНИКОВЫХ КОНВЕРТЕРАХ
Спутниковый конвертер (англ. low noise block или low noise block
converter (LNB) или low noise converter (LNC)) – это часть радиопри-
емного устройства, основными элементами которого являются малошумящий широкополосный усилитель радиочастоты, смеситель с гетеродином (преобразователь частоты
элементы питания и управления. Кроме того, в состав конвертера входит рупорный облучатель (англ. feedhorn) зеркальной антенны и поляризатор (англ. polarizer) [23–26, 36].
), предварительный УПЧ, а также
Г
Поляризатор
Конвертер
Принимающая головка
Рис. 10. Типовая функциональная схема спутникового конвертера
усилитель
Малошумящий
широкополосный
Полосовой фильтр
19
Ресивер
Предварительный
Поляризатором называют элемент, предназначенный для выбора вида поляризации принимаемой волны [23]. Излучаемые спутниками радиоволны могут иметь разную поляризацию: линейную (горизонтальную (H) или вертикальную (V)) и круговую (левую (L) или правую (R)).
Линейная поляризация в большинстве случаев соответствует спутникам,
работающим в Ku-диапазоне, круговая – работающим в C-диапазоне
[23, 27, 28].
Важной причиной того, что в С-диапазоне
используется в основ-
ном круговая поляризация, является намного более сильное влияние
эффекта Фарадея (англ. Faraday effect, Faraday rotation) по сравнению с
Ku-диапазоном. Влияние эффекта Фарадея обратно пропорционально
квадрату частоты. Он возникает в ионосфере, содержащей заряженные
частицы, называемые плазмой, которая под действием магнитного поля Земли становится анизотропной средой. Это вызывает поворот поляризации проходящего
Примечание. Российские спутники используют, как правило, круговую
поляризацию, европейские – линейную.
через нее сигнала [29–31].
С точки зрения конструкции выбор плоскости поляризации принимаемого сигнала определяется ориентацией элемента связи рупорной
антенны с электрическим трактом конвертера. Обычно этим элементом
является штырь связи (англ. probe), располагающийся внутри выходного волновода рупорного излучателя. Прием волн с разной поляризацией может осуществляться как разными штырями, так и за счет механического
поворота штыря [23, 32].
При приеме сигнала со спутников с круговой поляризацией применяют деполяризаторы, преобразующие его в линейно поляризованный.
Существуют разные типы деполяризаторов, в простейшем случае он
представляет собой диэлектрическую пластину, устанавливаемую продольно внутрь выходного волновода рупорного облучателя под углом
45º относительно штыря связи [23, 33, 34].
В спутниковом телевидении стандартный С-диапазон
1
частот зани-
мает полосу 3.7…4.2 ГГц. Для некоторых регионов он составляет
3.4…3.7 ГГц (англ. extended C-band). Стандартный диапазон входных
частот конвертора 3.4…4.2 ГГц. Для типовой частоты гетеродина 5.150 ГГц сигнал промежуточной частоты занимает полосу
1750…950 МГц. При этом имеет место инверсия спектра принимаемого
сигнала [27, 32, 33].
1
Не надо путать с частотами диапазонов по классификации IEEE, где
C-диапазону соответствует полоса 4…8 ГГц [35].
20
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]