Цифровые радиоприёмные устройства

Перейдем теперь к рассмотрению обработки видеосигнала. Здесь наиболее распространенной является обработка  его мгновенных значений. Однако в  некоторых случаях (например, в радионавигации и в технике передачи дискретных сообщений) применяют также фазовую  обработку. Такой способ применим при  относительно высоком отношении  сигнал-шум на входе АЦП.

Существенное значение имеет  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 применяют бинарное квантование. Оно позволяет резко упростить цифровую обработку, в частности, отказаться от 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 также тогда, когда  мощность сигнала значительно больше мощности шума, причем недопустимо заметное ухудшение отношения сигнал-шум за счет квантования.

Отметим, что в последние  годы широкое распространение получили линии с псевдошумовыми (ПШ) сигналами. Зачастую в РПУ 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.

2. Элементы цифровых РПУ

 

Основными элементами цифровых радиоприемных устройств можно  считать, учитывая изложенное выше, такие элементы как цифровые фильтры, цифровые детекторы, устройства цифровой индикации и устройства контроля и управления ЦРПУ. Рассмотрим их более подробно.

 

2.1 Цифровые фильтры

 

В общем случае в линейном стационарном цифровом фильтре k-й выходной отсчет y(k) (в момент времени t=kΔ) линейно зависит от k-го входного отсчета x(k) и некоторого количества предшествующих отсчетов x( ) ( <k), а также от некоторого количества выходных отсчетов y( ) ( <k):

Числа L и M в разностном уравнении (1) называют соответственно относительной  памятью ЦФ по входу и выходу. ЦФ с памятью по входу называются рекурсивным, а без такой памяти нерекурсивными.

Алгоритмы работы различных  ЦФ отличаются параметрами Q и M и набором  коэффициентов {a_ℓ} и {bi}. Рассмотрим сначала реализацию нерекурсивных ЦФ, когда все b_i=0 (т.е. М=0).

В этом случае разностное уравнение (1) принимает вид:

 

 

Структурная схема ЦФ, реализующая  алгоритм (2) приведена на следующем  рисунке:

 

Рисунок 6.

Структурная схема построения нерекурсивного (трансверсального) ЦФ

 

Основными элементами ЦФ являются блоки задержки отсчетных значений на один тактовый интервал (условно  обозначены символом z^-1), а также масштабные блоки aq (усилители). Сигналы с последних собираются в сумматор, образуя входной отсчет. Посредством разностного уравнения (2) можно построить лишь ЦФ с финитной (конечной) импульсной характеристикой {g(0), g(1)…g(Q)}.Если на вход схемы трансверсального типа подать единичный импульс (1,0,0,0,…), то по определению отклик ЦФ есть его импульсная характеристика g(t). Это возможно лишь при условии, что в трансверсальном ЦФ отсчеты импульсной характеристики g(q) совпадают с коэффициентами aℓ, ℓ=0,1,2,…Q.

Взяв Z-преобразование от левой  и правой частей (2) получаем:

Тогда системная функция  трансверсального фильтра будет иметь вид:

 

 

Равенство (3) определяет дробно-рациональную функцию от Z. Она имеет L-кратный  полюс при Z=0 и L нулей, определяемых корнями полинома числителя формулы (3). Последние зависят от отсчетов импульсной характеристики ЦФ g(ℓ)=a_ℓ. Частотная характеристика трансверсального цифрового фильтр согласно (3) и (1) имеет вид:

Рассмотрим теперь работу ЦФ, работающего по общему алгоритму (1).