Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Устройства приема и обработки сигналов. Учебно-методическое пособие-1
.pdf
рии – мера уменьшения точности навигационных определений в СРНС из-за
особенностей пространственного расположения НС и потребителя. Выделяют
горизонтальный (HDOP) и вертикальный (VDOP) коэффициенты. Их используют для оценки точности определения координат положения потребителя в
горизонтальной и вертикальной плоскостях соответственно [39, 47]. Чем
меньше значение коэффициентов DOP, тем выше точность.
Рис. 22. Панель навигационной информации
ВЫПОЛНЕНИЕ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ
1. Подключить приемник к компьютеру и запустить ПО GeoSDemo.
Поднести антенный модуль к окну.
2. Зафиксировать полученные координаты, количество «видимых»
спутников, отношение с/ш.
3. Убрать антенный модуль вглубь помещения. Повторить экспе-
римент п. 2.
4. Сделать выводы.
41
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Айфичер Э., Джервис Б. Цифровая обработка сигналов: практический
подход, 2-е издание. Перевод с английского. – М.: Издательский дом «Вильямс», 2008. – 992 с.
2. Лайонс Р. Цифровая обработка сигналов: второе издание / пер. с англ. –
М.: ООО «Бином-Пресс», 2009. – 656 с.
3. Сергиенко А.Б. Цифровая обработка сигналов. – СПб.: Питер, 2002. –
608 с.
4. Pelgrom J.M.
York, 2013. – 546 p.
5. Райс В. Как работают аналого-цифровые преобразователи // Компоненты и технологии. – 2005. – № 3 [Электронный ресурс]. – Режим доступа:
http://kit-e.ru/assets/files/pdf/2005_03_116.pdf.
6. Никамин В.А. Аналого-цифровые и цифроаналоговые преобразователи:
справочник. – СПб.: КОРОНА принт; М.: Альтекс-А, 2003. – 224 с.
7. Зубчук В.И., Сигорский В.П., Шкуро А.Н. Справочник по цифровой
схемотехнике. – Киев: Тэхника, 1990. – 448 с.
8. Swarts F., Rooyen P., Oppermann I., Lötter M.P. CDMA Techniquesfor
Third Generation Mobile Systems: Springer Science + Business Media New York,
1999. – 306 с.
9. Побережский Е.С. Цифровые радиоприемные устройства. – М.: Радио
и связь, 1987. – 184 с.
10. Белорусов Д.И., Щаденков Ю.А. Современные методы цифровой обра-
ботки сигналов в радиоприемных устройствах // Специальная техника. –
2011. – № 5. – С. 32–38.
11. Галкин В.А. Основы программно-конфигурируемого
чая линия-Телеком, 2013. – 372 с.
12. Valkama M., Renfors M., Koivunen V. Advanced methods for I/Q imbalance
compensation in communication receivers // IEEE Transactions on Signal Processing, 2001. – Vol. 49. – Issue 10. – Pр. 2335–2344.
13. Воронцов А.Г., Абраменко А.А. Оценка I/Q-дисбаланса в радиотракте
SDR-приемника // Науковi працi ДонНТУ / Серія: Обчислювальна техніка та
автоматизація, 2012. – № 22. – C. 72–78.
14. Understanding and Characterizing Timing Jitter – National Instruments
[Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.ni.com/white-paper/14227/
en/#toc3.
15. Хельвиг М. Анализ джиттера с помощью цифровых
R&S©RTO // Контрольно-измерительные приборы и системы, 2014. – № 4. –
С. 14–15.
16. Анализ джиттера с помощью цифровых осциллографов R&S©RTO.
Указания по применению // Rohde&Schwarz GmbH&Co. KG [Электронный
ресурс]. – Режим доступа: http: //alfa-test/ru/public/ catalog/files/2960_ instruc-
tions_use_rt01. pdf.
Marcel. Analog-to-Digital Conversion: Springer-Verlag New
радио. – М.: Горя-
осциллографов
42
17. Jitter in Clock Sources. Application Note. Vectron International. [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://www.vectron.com/products/appnotes/
jitter_in_ clock_sources.pdf.
18. ОСТ 45.145–2001.
19. Бакланов И.Г. Методы измерений в системах связи. – М.: ЭКОТРЕНДЗ, 1999. – 195 с.
20. Audio Precision. Application Note #5: Measurement Techniques for Digital
Audio by Julian Dunn: Audio Precision Inc., 2001–2004. – 196 p.
21. Buckwalter J.F. Deterministic Jitter in Broadband Communication: Thesis
for the degree of Doctor of Philosophy. – Pasadena, 2006. – 198 p.
22. Официальный сайт MathWorks.comm.SDRRTLReceiver System object
[Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.mathworks.com/help/ supportpkg/ rtlsdrradio/ug/comm.sdrrtlreceiver-class.html?requestedDomain =www.
mathworks.com.
23. Корякин-Черняк С.Л. Справочник по ремонту и настройке спутниково-
го оборудования. – СПб.: Наука
и техника, 2010. – 240 с.
24. Calaz R. Digital Television (Home Digital Systems Book 2). Amazon Digital Services LLC. – 2016. – 44 p.
25. Stephenson D.J. Guide to Satellite TV: Installation, Reception and Repair:
nd
2
edition: Newnes, 1991. – 296 p.
26. BASICS OF C & Ku BAND TRANSMISSIONS & LNBs // Satellite and
cable TV [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.scatmag.com/
technical/techarticle-mar05.pdf.
27. Алешин Г. Испытания совмещенных C/Ku-облучателей спутниковых
антенн // «ТЕЛЕ-СПУТНИК», 2007. – № 2. – С. 88–93.
28. Таблица частот // «ТЕЛЕ-СПУТНИК», 2016. – № 1. – С. 57–68 [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://telesputnik.ru/magazine_ft.pdf.
29. Ciciora W., Farmer J., Large D., Adams M. Modern Cable Television Technology: Video, Voice, and Data Communications: 2
nd
edition. San Francisco: Else-
vier/Morgan Kaufmann Publishers. 2004. – 1054 p.
30. Рекомендация МСЭ-R P.531-9. Данные об ионосферном распростране-
нии радиоволн и методы прогнозирования, необходимые для проектирования
спутниковых служб и систем [Электронный ресурс]. – Режим доступа:
http://www.itu.int/dms_pubrec/itu-r/rec/p/R-REC-P.531-9-200702-S!!PDF-R.pdf
31. Олюнин Н.Н., Сазонов В.В., Виноградов А.Г. Влияние деполяризации
радиолокационного сигнала в ионосфере на измерения поляризационной матрицы рассеяния (доклад) // Сборник трудов «Радиофизических
научных чте-
ний – конференций памяти Н.А. Арманда». – Муром, 2010. – С. 255–258.
32. Long M.E. The Digital Satellite TV Handbook: Newnes, 1999. – 207 p.
33. Алешин Г. Испытания деполяризаторов спутниковых конвертеров
C-диапазона // «ТЕЛЕ-СПУТНИК», 2004. – № 7. – С. 54–57.
34. Benoit Herve. Satellite Television Technique of Analogue and Digital Television. – London: Arnold, 1999. – 189 p.
35. 521-2002-IEEE Standard Letter Designations for Radar-Frequency Bands.
43
36. Лукашев И., Каржави Р. Принципы построения спутниковых конвер-
торов // «ТЕЛЕ-СПУТНИК», 1997. – № 3. – С. 50–53.
37. Колосовский Е.А. Устройства приема и обработки сигналов. – М.: Горячая линия-Телеком, 2007. – 456 с.
38. Rohde U.L., Whitaker J.C. Communications Receivers: DPS, Software Ra-
dios, and Design, 3rd Edition: McGraw-Hill Professional, 2000. – 656 p.
39. ГЛОНАСС. Принципы построения и функционирования / под ред.
А.И. Перова, В.Н. Харисова. – Изд. 4-е, перераб.
и доп. – М.: Радиотехника,
2010. – 800 с.
40. Межотраслевой журнал навигационных технологий «Вестник ГЛО-
НАСС». Термины и определения ГЛОНАСС и GPS [Электронный ресурс]. –
Режим доступа: http://vestnik-glonass.ru/ugolok-chitatelya/glossariy/.
41. Рекомендация МСЭ-RM.1787. Описание систем и сетей радионавига-
ционной спутниковой службы (космос–Земля и космос–космос) и технические характеристики передающих космических станций, работающих в полосах частот 1164
1215 МГц, 1215–1300 МГц и 1559–1610 МГц.
42. Соловьев Ю.А. Системы спутниковой навигации. – М.: Эко-Трендз,
2000. – 268 с.
43. Яценков В.С. Основы спутниковой навигации. Системы GPSNAVSTAR
и ГЛОНАСС. – М.: Горячая линия-Телеком, 2005. – 272 с.
44. Никитин А. Совмещенные приемные модули систем ГЛОНАСС/GPS
производства КБ «ГеоСтар Навигация» // Новости электроники. 2010. – № 4. –
С. 7–12.
45. Betz J.W. Engineering Satellite-Based Navigation and Timing: Global Navigation Satellite Systems, Signals, and Receivers. – New Jersey: John Wiley & Sons,
2016. – 672 p.
46. Тяпкин В.Н., Гарин Е.Н. Методы определения навигационных парамет-
ров подвижных средств с использованием спутниковой радионавигационной
системы ГЛОНАСС: монография. – Красноярск: Сиб. федер. ун-т, 2012. –
260 с.
47. Xu G., Xu Y. GPS: Theory, Algoritms and Applications: 3
rd
Edition: Springer
Berlin Heidelberg, 2016. – 489 p.
48. Информационно-аналитический центр координатно-временного и
навигационного обеспечения (ИАЦ КВНО) ФГУП ЦНИИмаш [Электронный
ресурс]. – Режим доступа: https://www.glonass-iac.ru.
49. ГеоС-1M. Руководство по эксплуатации. Версия1.1 [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://geostar-navi.com/files/docs/geos1/User_ Manual_
GeoS-1M_rus.pdf.
50. ГеоС-3, ГеоС-3М. Руководство по эксплуатации. Версия1.0 [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.compel.ru/wordpress/wp-content/ uploads/2012/04/User_Manual_GeoS-3_3M_rev1_0_rus.pdf.
51. GeoSDemo v1.34. Руководство пользователя [Электронный ресурс]. –
Режим доступа: http://geostar-navi.com/files/docs/geos1/User_Manual_GeoSDemo_v1 _34_rus.pdf.
44
52. Goeller L., Tate D. A Technical Review of Software Defined Radios:
Vision, Reality, and Current Status // 2014 IEEE Military Communications
Conference (MILCOM), 2014. – PP. 1466–1470.
53. Haghighat A. A review on essentials and technical challenges of software
defined radio // MILCOM Proceedings, 2002. – PP. 377–382.
54. Mitola J. The Software Radio Architecture // IEEE Communication Magazine. – May 1995. – Vol. 33. – Issue 5. – PP. 26–38.
55. Bard J., Kovarik V.J. Jr. Software Defined Radio: The Software Communications Architecture: John Wiley & Sons Ltd, 2007. – 439 p.
56. Nesimoglu Tayfun. A Review of Software Defined Radio Enabling Technologies // 2010 10th Mediterranean Microwave Symposium, 2010. – PP. 87–90.
57. Tuttlebee W. Software Defined Radio-Enabling Technologies: John Wiley &
SonsLtd, 2002. – 440 p.
58. Официальный сайт Analog Devices. A/D Converters [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.analog.com/en/products/analog-to-digitalconverters/ad-converters.html.
59. Официальный сайт Realtek: RTL2832U [Электронный ресурс]. – Режим
доступа: http://www.realtek.com.tw/products/productsView.aspx?Langid=1&PFid=
35&Level=4&Conn=3&ProdID=257.
60. Сергиенко А.Б. О возможностях использования USB-приемников на ба-
зе демодулятора RTL2832U в учебном процессе // 16-я
ференция «Цифровая обработка сигналов и ее применение» – DSPA-2014. –
2014. – 126–130 с.
61. Sergienko A.B. Software-defined radio in MATLAB Simulink with RTLSDR hardware // 2014 International Conference on Computer Technologies in
Physical and Engineering Applications (ICCTPEA), 2014. – 2 p.
62. Peral-Rosado J.A. del, Parro-Jiménez J.M., López-Salcedo J.A., Seco-
Granados G., Crosta P., Zanier F., Crisci M. Comparative results analysis on positioning with real LTE signals and low-cost hardware platforms // 2014 7th ESA
Workshop on Satellite Navigation Technologies and European Workshop on GNSS
Signals and Signal Processing (NAVITEC), 2014. – 8 p.
63. Официальный сайт MathWorks. RTL-SDR Support from Communications
System Toolbox [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http:// www. mathworks. com/hardware-support/ rtl-sdr.html?requestedDomain =www. mathworks.com.
64. R820T: High Performance Low Power Advanced Digital TV Silicon Tuner
Datasheet [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://rtl-sdr/com/wpcontent/uploads/2013/04/R820T_datasheet-Non_R-20111130_unlocked.pdf/.
65. RTL2832 Datasheet [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://
www. datasheetcafe.com/rtl2832-datasheet-pdf/.
Международная кон-
45
Приложение 1
Цифровые радиоприемные устройства, SDR
Программно-конфигурируемое радио (англ. software defined radio
(SDR) или software radio) – это радиооборудование, в котором все или
большинство функций физического уровня выполняются в программном виде, а функции, выполняемые аппаратно, должны оперативно
модифицироваться по требованиям рабочего стандарта связи [11].
При этом задача демодуляции выполняется в цифровом виде, что
позволяет приемнику работать с разными видами
и той же аппаратной части. Это делает технологию SDR экономически
выгодной и гибкой [11, 52]. Интерес к SDR существует не только в
гражданской, но и военной сфере [52, 53]. Незаменимой концепция
SDR становится при приеме сигналов с цифровой модуляцией.
В SDR функции, которые традиционно выполняют смесители, фильтры, демодуляторы, частично реализуются программно, а частично –
программно
рам модулированных сигналов и стандартам связи [11]. Конечно не все
устройства можно реализовать в программном виде. В классическом
виде в составе SDR присутствуют источник питания, антенна, широкополосный преобразователь частоты, АЦП/ЦАП и процессор с интерфейсами связи [54]. Вычислительные функции SDR могут реализовываться
с помощью различных устройств. Это
назначения (англ. general purpose processor (GPP)), цифровой сигнальный процессор (англ. digital signal processor (DSP)), а при необходимости
большой производительности – программируемая логическая интегральная схема (ПЛИС) (англ. field-programmable gate array (FPGA)) или
интегральная схема специального назначения (англ. application-specific
integrated circuit (ASIC)) [53, 55].
В настоящее время существует несколько основных схем построения SDR-приемников, отличающихся в первую очередь типом
и количеством каскадов, реализующих преобразование частоты
-управляемыми аппаратными средствами согласно парамет-
может быть процессор общего
46
сигналов при одной
[56, 57]. Из основных можно перечислить: приемник прямого пре-
I
образования на нулевую промежуточную частоту (рис. П1.1); супергетеродинный приемник со вторым квадратурным преобразованием
на нулевую ПЧ (рис. П1.2); приемник с цифровым преобразованием
частоты (рис. П1.3).
ФНЧ
sin( )t
г
()st
МШУ
cos( )t
г
ФНЧ
АЦП
Синхронные
АЦП
АЦП
Q
Модуль
ЦОС
Рис. П1.1
I
ФНЧ
sin( )t
МШУ
()st
Г
УПЧ
sin( )t
г
г
ФНЧ
АЦП
Синхронные
АЦП
АЦП
Q
Модуль
ЦОС
Рис. П1.2
В схеме на рис. П1.2 применяется два преобразования частоты: на
первую промежуточную частоту, а затем на нулевую с помощью квадратурного преобразователя. До квадратурного преобразователя схема
аналогична классическому супергетеродинному приемнику – содержит
преселектор на основе малошумящего УРЧ, смеситель, гетеродин,
ФСС и УПЧ.
Достоинством этой схемы является то, что частота квадратурного
гетеродина не
перестраивается. Минусом является бо´льшая сложность
по сравнению со схемой прямого преобразования.
Основная особенность приемника, изображенного на рис. П1.3, это
реализация квадратурного смесителя в цифровом виде. Сигнал, пред-
47
варительно перенесенный на промежуточную частоту, оцифровывает-
I
ся АЦП, далее его отсчеты перемножаются с отсчетами гармонических
сигналов, сдвинутых друг относительно друга на 90º. В результате получаются отсчеты пары квадратурных составляющих сигнала на нулевой частоте.
sin( )t
МШУ
УПЧ
АЦП
()st
Г
cos( )t
г
г
Q
Модуль ЦОС
Рис. П1.3
Подобная реализация преобразователя частоты имеет ряд несомненных плюсов: устраняется проблема квадратурного дисбаланса
[56], вызываемого аналоговыми элементами схемы. Отсутствуют побочные продукты, вызванные нелинейным преобразованием в аналоговом смесителе и др. Платой за это являются повышенные требования
к быстродействию АЦП и процессора обработки сигнала. Хотя современные АЦП способны оцифровывать сигналы
с частотой в единицы–
десятки гигагерц [58].
Лабораторный стенд
на основе SDR-приемника RTL2832U
Лабораторный макет включает в себя персональный компьютер и
SDR-приемник на основе микросхемы DVB-T COFDM демодулятора
RTL2832U. Приемник представляет собой компактное устройство, свя-
занное с компьютером по интерфейсу USB 2.0 [59–62]. Работа с
устройством осуществляется в среде MATLAB с пакетом расширения
«Communications System Toolbox» [63]. Приемник передает отсчеты
двух квадратур
сигнала на компьютер, где производится их дальней-
шая обработка.
48
Сам по себе демодулятор RTL2832U предназначен для приема сигналов цифрового телевизионного вещания (DVB-T). Однако с помощью
соответствующего программного обеспечения (например, «SDR#») он
может использоваться как SDR-приемник УКВ радиовещания, а также
цифрового радиовещания (англ. Digital Audio Broadcasting (DAB)).
Аналоговая часть приемника базируется на микросхеме R820T,
представляющей из себя тюнер, работающий в диапазоне частот
42…1002 МГц [64]. Микросхема включает в
себя МШУ (англ. LNA),
фильтр преселектора, смеситель, гетеродин на основе ФАПЧ с дробным
коэффициентом деления (англ. fractional PLL), усилитель ПЧ с изменяемым коэффициентом усиления (англ. VGA), стабилизатор напряжения.
Функциональная схема микросхемы представлена на рис. П1.4.
Рис. П1.4. Функциональная схема R820T
Схематически взаимодействие микросхем RTL2832U и R820T показано на рис. П1.5. Обе микросхемы вместе с периферийными элементами реализуют структуру, изображенную на рис. П1.3.
49
Тюнер
(R820T)
АРУ
Сигнал
ПЧ
Цифровой
демодулятор
(RTL2832U)
USB
ПК
SDR-приемник
Рис. П1.5. Соединение RTL2832U и R820T
Рис. П1.6. Структурная схема RTL2832
Рис. П1.7. Внешний вид SDR приемника на основе микросхем RTL2832U
и R820T
50
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]