ВВЕДЕНИЕ 4
ГЛАВА 1. СПОСОБЫ БОРЬБЫ С БЛОКИРУЮЩИМИ СИГНАЛАМИ В РАДИОСВЯЗИ 6
1.1. Проблема блокирующих сигналов в радиосвязи 6
1.2. Методы подавления блокирующего сигнала 8
1.2.1. Применение режекторных фильтров для борьбы с блокирующими сигналами.... 8
1.2.2. Метод задержки сигнала 12
1.2.3. Аналоговая векторная обработка сигналов как способ подавления
блокирующего сигнала 14
1.2.4. Метод переноса спектра сигнала 16
1.3. Выводы по главе 18
ГЛАВА 2. МОДЕЛИРОВАНИЕ СПОСОБОВ ПОДАВЛЕНИЯ БЛОКИРУЮЩИХ СИГНАЛОВ 19
2.1. Анализ типов полосно-заграждающих фильтров 19
2.2. Фильтры Баттерворта 22
2.3. Фильтры Чебышева первого рода 23
2.4. Моделирование фильтра Чебышева первого рода и фильтра Баттерворта
2.5. Моделирование метода переноса спектра сигнала 27
2.6. Проектирование устройства подавления блокирующих сигналов 33
2.7. Выводы по главе 38
ГЛАВА 3. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ТЕХНИКИ ПЕРЕНОСА СПЕКТРА СИГНАЛА КАК
ИНСТРУМЕНТ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧИ ПОДАВЛЕНИЯ БЛОКИРУЮЩИХ СИГНАЛОВ .39
3.1. Использование квадратурных демодулятора и модулятора для подавления блокирующего сигнала 39
3.2. Апробирование метода переноса спектра сигнала 42
3.3. Выводы по главе 45
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 46
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 48
ПРИЛОЖЕНИЕ 1 51
ПРИЛОЖЕНИЕ 2
Ум и пытливость человека всегда были двигателем научно - технического прогресса. До становления фундаментальных наук люди наблюдали за природными явлениями и процессами, происходящими на планете. Со временем, основываясь на своих наблюдениях, люди строили гипотезы, а в последствие доказывали или опровергали их. Систематизация полученных данных способствовала становлению фундаментальных наук, таких как физика, математика и другие. В свою очередь, в каждой области появлялись прикладные направления, рассматривающие более узкие и конкретные вопросы данной проблемной области. Изучение электромагнитных волн и их взаимодействия c окружающей средой привело к становлению таких областей науки и техники как радиоэлектроника и радиотехника. Охватывая теорию, методы создания и использование устройств для передачи и приема информации, радиоэлектроника, совместно с радиотехникой решают задачи, решения которых, находит свое применение в радиосвязи, системах дистанционного управления, радиолокации и радионавигации [1-3]. Несмотря на широкий спектр таких задач, можно выделить одну из основных - обеспечение передачи информации на расстояние [4-6]. Качество и достоверность передаваемой информации определяются характеристиками радиоприемного и радиопередающего устройства. И, если качество радиопередатчика определяется такими качественными и техническими характеристиками как мощность выходного каскада, диапазоном рабочих частот, помехоустойчивостью и стабильностью частоты, а также коэффициентом гармоник на выходе, то таких параметров у радиоприемного устройства больше: чувствительность, избирательность, помехоустойчивость, динамический
диапазон и т.д. [7-11]. Одним из важных параметров является способность приемника к защите от блокирующих сигналов, т.е. возможность вычленять полезный сигнал на фоне мощных сигналов высокой амплитуды, широкой или узкой полосы, расположенных вблизи полезного принимаемого сигнала [3,12-14].
Способность радиоприемного устройства к защите от блокирующих сигналов, обеспечивает прием информационных сигналов, также защищает приемник от перегрузки и выхода его из строя. Как правило, обеспечением данной защиты, задумываются на этапе проектирования преселектора радиоприемного устройства [15-17]. Заведомо зная частоты блокирующих сигналов, производят расчет так называемых полосно-заграждающих или режекторных фильтров [8,18-22]. Эти фильтры позволяют не пропускать колебания некоторой определенной полосы частот, в тоже время пропускающие колебания с частотами, выходящими за пределы полосы подавления. Последовательное включение режекторного фильтра или набора таких фильтров в тракт радиоприемного устройства, позволяет решить проблему с блокирующими сигналами. Это решение существует достаточно долгое время и актуально по настоящий момент. Однако, стоит заметить следующее: чтобы обеспечить защиту от блокирующих сигналов на Nчастотах, необходимо применить Nполосно-заграждающих фильтров. В случае с малым количеством блокирующих сигналов, данный способ актуален, например, в случае территориальной близости приемника и передатчика. Зная частоту передачи сигнала и используя режекторный фильтр можно обеспечить одновременный прием и передачу сигналов, не нанеся вред приемнику - мощный сигнал от передатчика попросту может вывести из строя радиоприемное устройство. Однако, если рассматривать большое количество блокирующих сигналов, применение режекторных фильтров становиться громоздким решением, что становится большим минусом для переносных мобильных радиоустройств. Следует учесть и тот факт, что применение полосно-заграждающих фильтров позволяет защититься от блокирующих помех на заранее известных частотах, что в свою очередь является минусом данного способа защиты. В следствие этого, на данный момент актуальны исследования, направленные на поиск решения возможного селективного (выборочного) подавления блокирующих сигналов, без использования наборов полосно-заграждающих фильтров.
Исходя из вышесказанного, было принято решение апробировать метод переноса спектра сигнала в область низких частот, который используют в супергетеродинных приемниках [15,23-27], в качестве инструмента для решения проблемы защиты от блокирующих сигналов. Таким образом, целью выпускной квалификационной работы является разработка способа селективного подавления блокирующих сигналов, основываясь на технике переноса спектра сигнала в область низких частот.
В ходе выполнения выпускной квалификационной работы магистра были изучены принципы подавления блокирующих сигналов и основные методы, применяемые в системах радиосвязи для защиты радиоприемных устройств. Из перечисленных в первой главе способов борьбы с блокирующими сигналами более подробно были исследованы такие методы как использование режекторных фильтров и метод переноса спектра сигнала, который используется в супергетеродинных приемниках. Во второй главе данной работы подробно проведены исследования этих методов. По итогу проведенных исследований были выявлены следующие факты: режекторные фильтры обеспечивают необходимую защиту от блокирующих сигналов, однако они способны «вырезать» заранее известные частоты, а изменение емкости в плечах фильтров не обеспечивает нужную перестройку полосы режекции, в то же время, метод переноса спектра сигнала, данным недостатком не обладает. В связи с вышесказанным было принято решение уделить особое внимание методу переноса спектра сигнала.
Проведенное моделирование данного способа подтвердило теоретические выкладки. В программе MATLAB, при помощи языка одноименного языка программирования высокого уровня, был написан скрипт, демонстрирующий работу метода переноса спектра сигнала. Сгенерированные полезный (информационный) и блокирующий сигналы были перенесены в область низких частот. После фильтрации блокирующего сигнала, при помощи ФВЧ, полезный сигнал был вновь перенесен на исходную частоту.
Подтвержденные теоретические знания на практике позволили предложить вариант реализации рассматриваемого метода на основе современной элементной базы. В результате анализа рынка, а также оценки характеристик элементов была разработана структурная схема устройства селективной защиты от блокирующих сигналов.
После проведения моделирования было принято решение апробировать полученную модель, на практике. Для проведения опыта были использованы квадратурные модулятор и демодулятор фирмы Analog Devises ADL5387 и ADL5385 соответственно. Собранный лабораторный стенд позволил апробировать метод переноса спектра в область низких частот на практике. Результаты проведенного опыта были представлены и описаны в третье главе.
Цели и задачи выпускной квалификационной работы магистра были выполнены. Результатом разработки способа селективного подавления блокирующих сигналов является промоделированный и апробированный метод защиты радиоприёмных
47 устройств. Статья, по тематике выпускной квалификационной работы, докладывалась на конференции ВВСТ-2018 30 марта 2018 года и опубликована в сборнике статей этой конференции: «Высокопроизводительные вычислительные системы и технологии» [40].
Помощь студентам и аспирантам в выполнении работ от наших партнеров
