Общие сведения построения цифровых устройств приема и обработки сигналов

Отличительной особенностью радиоприемных цифровых устройств является способ приема и обработки радиосигналов. Переход от аналогового к цифровому может производиться как по сигналу с выхода усилителя радио- или промежуточной частоты (по радиосигналу), так и по сигналу после аналогового детектора (по видеосигналу). При этом существенное значение имеет вид параметра, подвергаемого аналого-цифровому преобразованию.

При цифровой обработке с выхода усилителя радио- или промежуточной частоты радиосигнал на входе радиоприемного устройства представляет собой [23]

, (3.21)

где и – сигнальная и шумовая составляющие входного воздействия;

и – его амплитуда и фаза;

– центральная частота спектра.

При известной частоте входное воздействие (3.21) описывается с помощью комплексной огибающей

, (3.22)

где и – квадратурные составляющие комплексной огибающей.

Аналогово-цифровое преобразование представляет собой дискретизацию по времени и квантование по уровню, которым может подвергаться входное воздействие . Однако при этом спектр входного воздействия должен размещаться в одной из спектральных зон k /2 T _Д, …, (k +1)/2 T _Д, где k =0, 1, 2, …, T _Д – период дискретизации. В этом случае спектр дискретных отсчетов воздействия при , r =0, 1, 2, … в первой спектральной зоне 0…1/2 T _Д полностью соответствует исходному спектру, поэтому по дискретным отсчетам можно без искажений восстановить непрерывное воздействие . В противном случае спектр при дискретизации искажается.

Для подавления спектральных составляющих исходного сигнала вне спектральной зоны k/2T_Д…(k+1)/2T_Д этот сигнал перед дискретизацией пропускают через аналоговый полосовой фильтр с высоким коэффициентом прямоугольности. Нередко для снижения требуемого быстродействия АЦП входной процесс гетеродинируют в область частот первой спектральной зоны 0…1/2 Т _Д. В этом случае, во избежание искажений спектра по зеркальному каналу, полосовой фильтр с высоким коэффициентом прямоугольности применяют перед гетеродированием. Обработку полученных таким образом отсчетов называют обработкой мгновенных значений или обработкой вещественного сигнала.

В другом способе цифровой обработки аналогово-цифровому преобразованию подвергают квадратурные составляющие и , которые можно получить умножением воздействия на два квадратурных гетеродинных колебания с частотой и последующей фильтрацией нижнечастотных составляющих результатов перемножения с помощью ФНЧ. В данном случае использования сложных полосовых избирательных систем не требуется. Однако спектр квадратурных составляющих должен целиком располагаться в первой спектральной зоне. Для обеспечения данного условия требуется ФНЧ с высокими избирательными свойствами. Отсчеты квадратурных составляющих могут быть получены путем дискретизации в моменты времени , , сдвинутые относительно друг друга на четверть периода колебания с частотой . Такой способ обработки называют обработкой комплексного сигнала. Обычно для такой обработки требуется более сложная цифровая часть, но более простая аналоговая, т.к. реализация ФНЧ не представляет сложности.

При обработке видеосигнала наиболее распространенным способом является обработка его мгновенных значений. Однако в некоторых случаях, например в радионавигации и в технике передачи дискретных сообщений, применяют фазовую обработку. Такой способ применим при относительно высоком отношении сигнал-шум на входе АЦП.

При практической реализации обработки сигналов особое внимание обращается на выбор числа уровней квантования в АЦП. При обработке аддитивной смеси сигнала и широкополосного гауссовского шума, особенно если мощность шума на входе АЦП превышает мощность сигнала, широко применяется бинарное квантование. Это резко упрощает цифровую обработку, позволяет отказаться от системы АРУ и заменить АЦП более простым устройством, фиксирующим в моменты дискретизации знак отсчета квантуемого напряжения. Однако при негауссовских помехах (например, гармонических) характеристики цифровой обработки из-за бинарного квантования могут сильно ухудшиться, в этом случае переходят к многоуровневому квантованию. Многоуровневое квантование применяется и тогда, когда мощность сигнала значительно больше мощности шума, причем недопустимо ухудшение отношения сигнал-шум за счет квантования.

В настоящее время широкое распространение получили линии с псевдошумовыми (ПШ) сигналами. В этом случае в радиоприемных устройствах осуществляют аналоговую свертку ПШ-сигнала, т.е. перемножение входной смеси ПШ-радиосигнала с помехой на опорный ПШ-видеосигнал и узкополосную (по сравнению с шириной спектра ПШ-сигнала) фильтрацию результата перемножения. При свертке помехи с любым распределением нормализуются, что позволяет использовать бинарное квантование свернутого сигнала при любых распределениях исходной помехи.