Математическое и методическое обеспечение САПР устройств приема и обработки радиосигналов на основе программно-контролируемого радио

• Автор: Ефремов, Иван Андреевич
• Шифр специальности: 05.13.12
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Владимир
• Количество страниц: 165 с. : ил.

Оглавление
Оглавление
Введение
Глава 1 Основные черты, характеристики и тенденции развития цифровых систем на основе ПКР и средств их проектирования
1.1 Тенденции и перспективы развития современных средств беспроводной связи
1.2 Анализ основных архитектур построения ПКР-приемника
1.3 Современные структуры реализации реконфигурируемых фильтров
в трактах ПКР-приемников
1.4 Смесители
1.5 Аналого-цифровой преобразователь
1.6 Обзор и сравнительный анализ современных САПР
1.7 Постановка цели и задач работы
1.8 Выводы по 1 -й главе
Глава 2 Математическое обеспечение САПР ADS для устройств приема и обработки сигналов на основе ПКР-архитектур
2.1 Модель преселектора
2.2 Модель МШУ
2.3 Модель тракта преобразования частоты
2.4 Модель фильтра тракта ГТЧ
2.5 Модель блока цифровой обработки сигналов
2.6 Модель нелинейных аналого-цифровых трактов ПКР-приемника
2.7 Модели для экспериментального тестирования РПУ на основе ПКР-архитектур
2.8 Библиотека моделей компонентов ПКР-приемника
2.9 Выводы по 2-й главе

Глава 3 Методическое обеспечение автоматизированного
проектирования ПКР-приемника
3.1 Маршрут проектирования ПКР-приемника
3.2 Методика проектирования преселектора
3.3 Методика проектирования МШУ
3.4 Методика проектирования тракта преобразования частоты
3.5 Методика проектирования фильтра тракта ПЧ
3.6 Методика проектирования АЦП
3.7 Методика проектирования блока ЦОС
3.8 Методика смешанного моделирования
3.9 Методика экспериментального тестирования ПКР-устройств при
помощи САПР ADS
3.10 IDEF0 функциональная модель управления процессом проектирования ПКР-приемника
3.11 Выводы по 3-й главе
Глава 4 Автоматизированное проектирование приемника
на основе ПКР-архитектуры
4.1 Применение разработанного маршрута при проектировании широкополосного радиоприемника
4.2 Экспериментальное тестирование разработанного ПКР-приемника
4.3 Теоретические расчеты
4.4 Выводы по 4-й главе
Заключение
Список сокращений и условных обозначений
Список литературы
Приложение А

Введение Актуальность темы исследования и степень ее разработанности
Современный мир невозможно представить без аппаратуры, выполняющей передачу и прием радиосигналов. У каждого дома есть радиоприемник для прослушивания радиостанций эфирного вещания и мобильный телефон, позволяющий общаться практически в любой точке земного шара. Для решения более сложных задач приема радиосигналов существуют комплексы для обработки информации с различными видами модуляции в нескольких диапазонах рабочих частот. Благодаря реконфигурации трактов радиоприемных устройств (РПУ) и демодуляции сигнала в базовой полосе частот при помощи цифровых методов обработки удается значительно снизить энергопотребление и стоимость аппаратуры и обеспечить высокие качественные характеристики. В основе архитектур построения подобных устройств в последнее время активно используются принципы программно-контролируемого радио (ПКР; англ.: software-defined radio, SDR).
Поскольку данные устройства являются технически сложными для разработки, а проведенный анализ показал, что существующие маршруты не позволяют обеспечить высокую эффективность проектирования с учетом характеристик современной микроэлектронной элементной базы (отсутствие специализированных моделей и библиотек, невысокая точность оценки параметров сигналов и др.), то тема диссертационной работы «Математическое и методическое обеспечение САПР устройств приема и обработки радиосигналов на основе программноконтролируемого радио» является актуальной для исследования.
Применение систем автоматизированного проектирования (САПР) для устройств данного назначения позволит сократить сроки разработки ПКР-приемников и повысить их качественные характеристики. Большой вклад в разработку и развитие теоретических основ автоматизированного проектирования радиоэлектронных устройств и систем внесли известные отечественные ученые И. П. Норенков [48,49], В. Н. Ильин [35], Г. Г. Казеннов [36], В. П. Сигорский

методическое и специализированное математическое обеспечение, ориентированное на решение различного класса задач при моделировании аналоговых и цифровых трактов РПУ, что делает задачу разработки данного обеспечения актуальной для исследования.
Учитывая рассмотренный теоретический материал по реконфигурируемым фильтрам, которые могут быть использованы для ПКР-приемников, необходимо отметить отсутствие в САПР ADS математического обеспечения для анализа компонентов на МЭМС и Gm-C структурах и переключательных емкостях. Недостаточно рассмотрены вопросы влияния фазовых шумов гетеродина на преобразование радиочастотного сигнала, что является немаловажным фактором при оценке комплексных моделей РПУ. Как уже было отмечено в п. 1.6.1. в САПР ADS не представлены модели для выполнения цифровой обработки сигналов для ПКР-устройств, что вносит ограничение в использование данной САПР при решении задач проектирования РПУ на основе ПКР-архитектур.
Кроме математического обеспечения при проектировании РПУ большую роль играет методическое обеспечение, предоставляемое в виде маршрутов и методик, которые определяют последовательность действий при выполнении разработки, рекомендации по выбору структур трактов радиоприемного устройства, использование методов моделирования и оцениваемые характеристики. Обзор печатных работ отечественных и зарубежных авторов показал, что данный вопрос рассмотрен в недостаточной степени, что также вносит большие ограничения в использование САПР для проектирования устройств данного класса.
На рисунке 1.9 приведено существующее обеспечение САПР ADS и его состав, а также необходимые составляющие методического и математического обеспечений для проектирования программно-контролируемого радиоприемника, которые предложены автором для решения задач проектирования ПКР-устройств.
Как видно из данной структуры, САПР ADS позволяет проводить комплекс автоматизированных измерений при разработке и испытании телекоммуникационной аппаратуры на стадии проектирования и физического тестирования. Поскольку САПР ADS имеет возможность выполнять модуляцию и демодуляцию