ISSN 1991-3087

Свидетельство о регистрации СМИ: ПИ № ФС77-24978 от 05.07.2006 г.

ISSN 1991-3087

Подписной индекс №42457

Периодичность - 1 раз в месяц.

Вид обложки

Адрес редакции: 305008, г.Курск, Бурцевский проезд, д.7.

Тел.: 8-910-740-44-28

E-mail: jurnal@jurnal.org

Рейтинг@Mail.ru Rambler's Top100
Яндекс.Метрика

Формирование радиосигналов с использованием преобразования частоты с одной боковой полосой.

 

Федчун Андрей Александрович,

аспирант кафедры Радиоэлектронных Средств Защиты и Сервиса

Таганрогского Технологического Института Южного Федерального Университета,

ведущий специалист ООО «Центр», г. Москва.

 

В настоящее время в цифровых радиосистемах передачи информации на сверхвысоких частотах достаточно широко применяется формирование рабочих сигналов однократным аналоговым преобразованием частоты с одной боковой полосой с помощью квадратурного модулятора [1, 2]. При этом квадратурные составляющие относительно низкочастотного сигнала цифровой части системы передачи информации преобразуются в аналоговый вид и поступают на соответствующие входы преобразователя частоты в составе квадратурного модулятора и гетеродина. Такой подход по сравнению с многократным повышающим аналоговым преобразованием частоты с фильтрацией или умножением частоты обычно имеет существенные преимущества по экономическим и массогабаритным показателям, и по качеству передаваемого сигнала [1]. Данный метод преобразования частоты подходит для формирования практически любых радиосигналов из сигналов цифровой промежуточной частоты, многоканальных радиосигналов, радиосигналов с OFDM, а также для непосредственной модуляции несущей такими видами цифровой модуляции, как однополосная, частотная и фазовая манипуляции, КАМ [1, 2].

Однако несовершенство аналогового квадратурного модулятора приводит при однополосном преобразовании частоты к высокому уровню внеполосного сигнала обусловленного остатком второй боковой полосы, обычно на уровне –30…–40 дБ относительно полезного сигнала. Это приводит к взаимному влиянию каналов передачи информации и ухудшению качества принимаемых радиосигналов. При этом выполнение приемлемой дополнительно фильтрации остатка второй боковой полосы на выходе квадратурного модулятора не всегда возможно, в частности из-за малой расстройки по частоте относительно передаваемого полезного сигнала [1].     

Рассмотрим улучшенный метод преобразования частоты с одной боковой полосой с эффективным подавлением внеполосного излучения, с использованием предварительной цифровой обработки квадратурных модулирующих колебаний. Данный метод основывается на преобразовании спектра квадратурных модулирующих сигналов используемом в фазофильтровом методе формирования радиосигналов с однополосной модуляцией [3].

Структурная схема устройства реализующего рассматриваемый метод применительно к модуляции OFDM показана на рисунке 1.

 

Рисунок 1.

Структурная схема формирователя OFDM-радиосигнала с однополосным преобразованием частоты.

 

На рисунке 1 введены следующие обозначения: М – OFDM-модулятор с квадратурными выходами I и Q; ЦГ – цифровой  низкочастотный генератор; Г – аналоговый высокочастотный гетеродин, ФВ – высокочастотный фазовращатель (фазорасщепитель) с квадратурными выходами I и Q; П1…П6 – перемножители; С1...С3 – суммирующие устройства.

Рассмотрим преобразование спектра модулирующего сигнала и получение однополосного сигнала данной схемой с помощью спектральных диаграмм показанных на рисунке 2. Для простоты спектры цифровых сигналов показаны аналоговыми эквивалентами.

 

Рисунок 2.

 Преобразование спектра при преобразовании частоты с одной боковой полосой.

 

Условный спектр квадратурных компонент низкочастотного модулированного OFDM сигнала на выходе цифрового модулятора показан на рисунках 2,а и 2,б. Цифровой низкочастотный генератор формирует гармонический сигнал c частотой w и фазами 0, 90 и 180 градусов. Частота w выбрана равной средней частоте в спектре низкочастотного модулированного сигнала.

Спектры сигналов образующихся в результате перемножения в перемножителях П1…П4 показаны соответственно на рисунках 2,в…2,е. Верхние боковые полосы пар перемножений в перемножителях П1, П2 и П3, П4 находятся в противофазе и взаимно уничтожаются в сумматорах С1 и С2 (рисунки 2,ж и 2,з).

Сигналы с выходов сумматоров С1 и С2 преобразуются в аналоговые низкочастотные квадратурные компоненты I и Q с помощью соответственно АЦП1, ФНЧ1 и АЦП2, ФНЧ2 и подаются на входы квадратурного модулятора. Таким образом, получаются колебания такого же вида что и в фазофильтровом методе [3].

Аналоговый высокочастотный гетеродин формирует гармонический сигнал с частотой F. Спектры сигналов образующихся в результате перемножения в перемножителях П5 и П6 показаны соответственно на рисунках 2,и и 2,к. Инвертированные спектры находятся в противофазе и взаимно уничтожаются в сумматоре С3 (рисунок 2,л), в результате чего получается OFDM-радиосигнал с центральной частотой F и несущей Fw.

Фазовая и амплитудная асимметрия сигналов в аналоговой части реальной схемы данного метода приводит к неполной компенсации в сумматоре С3 инвертированного OFDM-радиосигнала, обычно до уровня –30…–40 дБ относительно полезного сигнала. Однако метод обладает интересной особенностью, заключающейся в том, что спектр такого инвертированного  сигнала лежит в той же частотной полосе, что и спектр передаваемого полезного OFDM-радиосигнала. Поэтому неполная компенсация инвертированного сигнала не приводит к внеполосному излучению, а лишь вносит незначительные искажения в сформированный полезный сигнал.

Таким образом, рассмотренный метод по сравнению с классическим преобразованием частоты с одной боковой полосой [1] требует дополнительно всего 6 арифметических операций для формирования OFDM-радиосигналов и полностью устраняет внеполосное излучение второй боковой полосы. Это позволяет без изменения аппаратной части устройств применяемых для реализации классического преобразования частоты с одной боковой полосой существенно повысить качество излучаемого радиосигнала. Аналогично, путем замены модулятора в схеме показанной на рисунке 1 можно получить групповые сигналы цифровых РРЛ, базовых станций сетей сотовой связи GSM и др.

 

Литература.

 

1. Кушинг Р. Прямой цифровой синтез (DDS) и преобразование квадратурных сигналов в диапазон 800 – 2500 МГц с одной боковой полосой. // Мир электронных компонентов. 2006. Вып.1.

2. Вишневский В.М., Ляхов А.И., Портной С.Л., Шахнович И.В. Широкополосные беспроводные сети передачи информации. – М.: Техносфера, 2005 – 592 с.

3. Верзунов M.В. Однополосная модуляция в радиосвязи. – М.: Воениздат, 1972. – 296 с.

 

Поступила в редакцию 26 октября 2007 г.

2006-2018 © Журнал научных публикаций аспирантов и докторантов.
Все материалы, размещенные на данном сайте, охраняются авторским правом. При использовании материалов сайта активная ссылка на первоисточник обязательна.