10 Особенности применения в рпу методов цифровой техники
10.1. Общие сведения
Внедрение методов цифровой обработки в РПУ связано с быстрым расширением функциональных возможностей цифровой электроники. Цифровая обработка сигналов (ЦОС) по своим потенциальным возможностям и физической реализуемости позволяет перейти к полностью интегрализированным устройствам, резко усложнить тракт приема, что улучшает его характеристики при приемлемой стоимости и экономичности. Переход к ЦОС имеет также преимущества, заключающиеся в малых искажениях сигнала, высокой надежности, возможности построения трактов из ограниченного набора унифицированных компонентов.
В современной технике радиоприема освоены виды ЦОС с помощью ЭВМ и с помощью комбинации аппаратных и вычислительных методов. При ЦОС первого вида входной и выходной сигналы являются цифровыми и все операции производятся в машинных кодах. Известны алгоритмы фильтрации, демодуляции, улучшения отношения С/Ш и т.д. Внедрение таких методов не всегда возможно из-за недостаточного быстродействия устройств ЦОС. Поэтому эти методы не всегда неприменимы, когда необходимо осуществить обработку сигналов в реальных масштабах времени. ЦОС второго вида позволяет обрабатывать сигналы в реальном масштабе времени, однако здесь не удается реализовать сложные и эффективные алгоритмы обработки сигналов. Поэтому она используется в случаях, когда неприменима ЦОС первого вида.
Постепенно цифровое звуковое радиовещание наземное и спутниковое по стандарту DAB (Digital Audio Broadcasting) вытеснит аналоговое. Это принципиально новый вид информационного обслуживания населения, позволяющий в полосе частот шириной 1.5 МГц передавать до 7 стерео программ с качеством аналогичным записям на компакт-диске. При этом обеспечивается качественный прием на стационарные и переносные приемники, а также находящиеся в движущемся транспортном средстве. Кроме того, система DAB передает дополнительную информацию: карты дорог, местности, банковские услуги, координаты транспорта и т. п. вплоть до медленно движущихся изображений.
Цифровое телевизионное вещание наземное, спутниковое, кабельное и эфирно-кабельное по различным стандартам (DVB- в Европе и большинстве др. стран), (ATSC- в США и ISDB- в Японии) уже начато во многих странах: США, Великобритании, Германии, Швеции, Нидерландах и др. Целью наземного ЦТВ является обеспечение уверенного приема сигналов внутри помещения, а также на переносные и мобильные телевизоры. Вторым важным преимуществом цифрового ТВ является передача 4-5 программ (в настоящее время) в полосе частот, занимаемой сейчас аналоговым сигналом (6,5 или 4,2 МГц в зависимости от стандарта), третье достоинство- интерактивность. DAB и DVB это новый класс систем, получивший название мультимедиа.
На первом этапе будут выпускаться в основном приставки к существующим аналоговым приемникам, а потом прием будет вестись только на цифровые. Конечно, это длительный переходный процесс, но в ряде стран уже установлены строки отказа от аналогового ТВ вещания, например в США с 2005 года. Поэтому в зависимости от способа передачи информации различают несколько видов цифровых РПУ: для приема дискретных (в т. ч. цифровых) сигналов; для приема аналоговых сигналов, но с цифровой обработкой сигналов (ЦОС) и управлением внутри приемника; для приема цифровых сигналов с помощью специальной приставки к уже существующим как чисто аналоговым приемникам, так и имеющим ЦОС.
Приемники с ЦОС в своем составе должны иметь аналого-цифровой преобразователь (АЦП) и цифро-аналоговый (ЦАП). Структура ЦРПУ комбинированного типа приведена на рис.10.1. Сигнал из антенны поступает в аналого-частотно-преобразовательный тракт (АЧПТ), затем в АЦП и далее обрабатывается в цифровой части (ЦЧ) РПУ. Здесь осуществляются селекция и демодуляция сигналов, а также дополнительная компенсация и подавление помех, оптимальная фильтрация, сложение сигналов нескольких РПУ, работающих в составе комплекса, выработка управляющих сигналов, синхронизирующих работу РПУ.
Рис.10.1
Выходной сигнал с цифрового выхода поступает на регистрирующее устройство или в память ЭВМ. Для получения аналогового сигнала перед оконечным устройством включаются цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП) и фильтр низких частот. Блок управления частотой настройки (БУЧН) позволяет осуществлять управление как вручную, так и по заданному алгоритму. Блок регулировки усиления и чувствительности (БРУЧ) осуществляет оптимизацию работы РПУ по состоянию ЭМО. Блок управления видом работ (БУВР) изменяет вид демодуляции и обработки сигнала.
Если применить принцип приемника прямого усиления, то структура упростится за счет исключения синтезатора частот (СЧ). При этом цифровой фильтр будет настраиваться на частоту канала, попадающего в полосу АЧПТ.
ЦРПУ позволяет реализовывать новые принципы радиоприема: многоканальный прием с помощью одного приемного комплекта, комплексирование ряда РПУ в одну приемную систему, что возможно за счет циклической перестройки цифровых фильтров. При этом на выходе последних появляются сигналы, лежащие в полосе АЧПТ.
Таким образом, с помощью одноканального РПУ удается получить функции многоканального устройства, работающего в режиме уплотнения. Время, в течение которого осуществляется опрос каналов называется временем дискретизации, а режим работы - мультиплексерным.
Возможно построение многовходовых РПУ (рис.10.2), содержащих n АЧПТ, работающих от индивидуальных антенн. Такая система пригодна для частотной, пространственной или поляризационной адаптации. Каждое РПУ принимает свой сигнал. Сигналы с выходов АЧПТ через кольцевой коммутатор каналов (КК) поступают на АЦП и в цифровую часть тракта, работающего в режиме временного уплотнения. В ЦЧПТ осуществляется оценка параметров сигналов в каналах приемника, выбор наименее пораженных сигналов, а также сложение сигналов по различным алгоритмам.
Рис.10.2