Устройство формирования узкополосных радиосигналов с использованием алгоритма оптимальной интерполяции

• Автор: Абраменко, Александр Юрьевич
• Шифр специальности: 05.12.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Томск
• Количество страниц: 112 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение
1 Устройство формирования узкополосных радиосигналов: проблемы разработки и создания

1.1 Анализ способов формирования узкополосных сигналов

1.2 Универсальный генератор модулирующих сигналов

1.2.1 Структурная схема

1.2.2 Анализ методов повышения частоты дискретизации

1.2.3 Оценка погрешности интерполяции

1.3 Анализ проблемы искажений в устройствах формирования радиосигналов

1.3.1 Математическая модель квадратурного модулятора

1.3.2 Методы коррекции искажений в квадратурном модуляторе
2 Реализация и исследование системы повышения частоты дискретизации
2.1 Анализ системы повышения частоты дискретизации
2.1.1 Расчет корректирующего фильтра
2.1.2 Генератор последовательности моментов времени
2.1.3 Математическая модель системы повышения частоты дискретизации
2.2 Реализация системы повышения частоты дискретизации на программируемой логической интегральной схеме
2.2.1 Генератор частоты дискретизации
2.2.2 Генератор последовательности моментов времени
2.2.3 Реализация системы повышения частоты дискретизации
2.3 Анализ полученных результатов
2.4 Выводы
3 Универсальный генератор модулирующих сигналов
3.1 Реализация универсального генератора модулирующих сигналов
3.1.1 Расчет восстанавливающего фильтра

3.1.2 Формирование сигналов стандартных видов модуляций в масштабе реального времени
3.1.3 Экспериментальное тестирование универсального генератора
модулирующих сигналов
3.2 Полифазное разложение системы повышения частоты дискретизации
3.2.1 Применение полифазного разложения к корректирующему фильтру
3.2.2 Применение полифазного разложения к интерполяционному фильтру
3.2.3 Математическая модель системы повышения частоты дискретизации
3.3 Выводы
4 Анализ и коррекция искажений в устройстве формирования узкополосных радиосигналов
4.1 Анализ схемы устройства формирования узкополосных сигналов
4.2 Коррекция уровня подавления нежелательной боковой составляющей и просачивания несущего сигнала
4.2.1 Алгоритм коррекции уровня подавления нежелательной боковой составляющей и просачивания несущего сигнала
4.2.2 Погрешность измерения величины рассогласования амплитуды
4.2.3 Погрешность измерения величины рассогласования фазы
4.2.4 Экспериментальная проверка алгоритма
4.3 Коррекция амплитудно-частотной характеристики
4.5 Выводы
Заключение
Список сокращений и условных обозначений
Список литературы
Приложение А - Патент на изобретение
Приложение Б - Акт внедрения

Введение
Актуальность темы. В настоящее время в России идет активное внедрение сетей 4-го поколения мобильной связи (технология LTE) и систем цифрового телевидения (технология DVB-T2), развитие систем глобального позиционирования (технология ГЛОНАСС), широко используются мобильные сети 2-го и 3-го поколения (технологии GSM и 3G), системы беспроводной передачи информации в локальных сетях (технология WLAN) и другие. Приёмо-передающие устройства каждой системы проходят циклы разработки, производства и эксплуатации, и на каждом этапе необходимо контролировать множество параметров. Для этого создаются специализированные измерительные устройства. Лидерами в производстве подобных устройств выступают зарубежные компании, такие как Keysight Technologies, Rohde & Schwarz GmbH & Co. KG. К подобным устройствам относится генератор векторных сигналов - универсальный прибор, предназначенный для формирования точных и искажённых узкополосных радиосигналов. Отечественные аналоги такого устройства отсутствуют или не обладают необходимыми функциональными возможностями, что подтверждает актуальность разработки импортозамещающей продукции.
Из анализа литературных источников следует, что наилучшей с точки зрения стоимости и реализации является система формирования узкополосных радиосигналов на высоких частотах с использование квадратурных схем преобразования частоты. Одна из проблем, решаемых при разработке такой системы, заключается в формирование модулирующих сигналов с заданной частотой дискретизации. Актуальным направлением исследования в этой области является использование цифровых методов для формирования модулирующих сигналов с заданной частотой дискретизации и последующим её повышением (интерполяцией) до используемой в устройстве преобразования цифрового сигнала в аналоговый. Существует значительное количество работ, посвящённых методам повышения частоты дискретизации, среди которых следует выделить алгоритм оптимальной интерполяции, обладающий высоким уровнем подавления сигнала в полосе запи-

рассчитать. Тогда ИХ корректирующего фильтра может быть найдена как обратная свёртка из формулы (2.3). Процесс нахождения обратной свёртки можно упростить, воспользовавшись одним из свойств преобразования Фурье: операция обратной свертки двух сигналов во временной области соответствует операции деления в частотной области. С учетом вышесказанного ИХ корректирующего фильтра определяется как
Лкф И = ^1(^№])/ЯЙИФ[«])), (2-4)
где Д-) - операция дискретного преобразование Фурье; Г~'(-) - операция обратного дискретного преобразования Фурье.
Импульсная характеристика Щп] рассчитывается как базис Котельникова [24]. С целью уменьшения эффекта Гиббса при расчете Щп] использовалась оконная функция Блэкмана, что позволило получить высокую равномерность КП в полосе пропускания и высокое подавление сигнала в полосе заграждения. На основе формулы (2.4) были рассчитаны ИХ и АЧХ (рисунок 2.3) корректирующего фильтра 64-го порядка.
Нормированная частота, ед.
Рисунок 2.3. Амплитудно-частотные характеристики корректирующего фильтра и
системы в целом
Применение корректирующего фильтра позволило сократить неравномер-

ность КП в полосе пропускания (полоса 1)до ±5x10 дБ. Подавление сигнала в