Высокоскоростное многоканальное радиоприемное устройство кв диапазона

Полезная модель относится к радиотехнике и может быть использована в аппаратуре широкополосных систем многоканальной связи KB диапазона частот. Техническим результатом является возможность обработки всего KB диапазона одновременно с выделением узкополосных сигналов в отдельных каналах с помощью устройства, имеющего интерфейс PCI, и использующегося в составе ПЭВМ, а также техническая простота реализации устройства. Устройство содержит банк из фильтров низкой частоты, банк из фильтров высокой частоты, управляемый усилитель, АЦП, модуль выделения и обработки цифровых каналов, модуль управления узлами тракта и вывода информации через PCI интерфейс.

Полезная модель относится к радиотехнике и может быть использована в аппаратуре широкополосных систем многоканальной связи KB диапазона частот, в том числе и мобильных комплексах радиомониторинга.

Известно радиоприемное устройства KB диапазона Р-399 (http://www.cqham.ru/trx/r_399.html) [1], содержащее банк полосовых фильтров преселектора, усилитель радиочастоты, первый смеситель и первый гетеродин, усилитель первой промежуточной частоты с регулируемым коэффициентом усиления, полосовой фильтр первой промежуточной частоты, второй усилитель первой промежуточной частоты, второй смеситель и второй гетеродин, усилитель второй промежуточной частоты с регулируемым коэффициентом усиления, банк полосовых фильтров второй промежуточной частоты, второй усилитель второй промежуточной частоты. Причем выход банка полосовых фильтров преселектора соединен с входом усилителя радиочастоты, выход которого соединен с входом первого смесителя, выход первого смесителя через усилитель первой промежуточной частоты с регулируемым коэффициентом усиления и полосовой фильтр первой промежуточной частоты соединен с входом второго усилителя первой промежуточной частоты, выход которого соединен с входом второго смесителя, выход второго смесителя через усилитель второй промежуточной частоты с регулируемым коэффициентом усиления и банк полосовых фильтров второй промежуточной частоты соединен с входом второго усилителя второй промежуточной частоты. Первый гетеродин соединен с входом гетеродина первого смесителя, а второй гетеродин соединен с входом гетеродина второго смесителя.

Недостатком известного устройства является высокая сложность (два преобразования частоты) и ограниченная полоса принимаемых частот, до 10 кГц. Во многих случаях требуется принимать весь KB диапазон от 1 МГц до 30 МГц. К другим недостаткам относятся невозможность многоканальной обработки вследствие отсутствия необходимых технических средств.

Известно также радиоприемное устройство, содержащее первый смеситель, первый гетеродин, первый усилитель промежуточной частоты и второй смеситель, причем выход первого смесителя через первый

усилитель промежуточной частоты соединен с первым входом второго смесителя (см. Справочник по учебному проектированию приемно-усилительных устройств / М.К.Белкин, В.Т.Белинский, Ю.Л.Мазор, P.M.Терещук. - 2-е изд. - К.: Выща шк., 1988. с.377, рис.13.4) [2].

Недостатком данного устройства является невозможность многоканального приема. Другим недостатком является невозможность оптимального выбора полосы принимаемых частот, вследствие фиксированного значения полосы преселектора.

Известно также радиоприемное устройство AR-7030 (http://www.aoruk.com/pdf/7030m.pdf) [3], содержащее управляемый аттенюатор, фильтр низких частот, усилитель радиочастоты, первый смеситель и первый гетеродин, полосовой фильтр первой промежуточной частоты, второй смеситель и второй гетеродин, банк из 6 полосовых фильтров второй промежуточной частоты, усилитель второй промежуточной частоты, банк из 2 полосовых фильтров, детектор сигнала. Причем выход управляемого аттенюатора через фильтр низких частот и усилитель радиочастоты соединен с входом первого смесителя, выход которого через полосовой фильтр первой промежуточной частоты соединен с входом второго смесителя, выход второго смесителя через банк из 6 полосовых фильтров второй промежуточной частоты, усилитель второй промежуточной частоты и банк из 2 полосовых фильтров соединен с входом детектора сигнала. Первый гетеродин соединен со входом гетеродина первого смесителя, а второй гетеродин соединен со входом гетеродина второго смесителя.

Недостатком данного устройства является невозможность многоканального приема, узкая полоса выходного сигнала до 10 кГц.

Известно также радиоприемное устройство WR-G313i, состоящее из управляемого аттенюатора, банка полосовых фильтров, усилителя радиочастоты, первого смесителя и первого гетеродина, полосового фильтра первой промежуточной частоты, усилителя первой промежуточной частоты с регулируемым коэффициентом усиления, второго смесителя и второго гетеродина, усилителя второй промежуточной частоты, полосового фильтра второй промежуточной частоты, АЦП, модуля обработки цифрового сигнала и управления узлами тракта с помощью PCI интерфейса, ЦАП низкой частоты, ПЭВМ. Выход управляемого аттенюатора через банк полосовых фильтров и усилитель радиочастоты соединен с входом первого смесителя, выход которого через полосовой фильтр первой промежуточной частоты и усилитель первой промежуточной частоты с регулируемым

коэффициентом усиления соединен с входом второго смесителя, выход второго смесителя через усилитель второй промежуточной частоты и полосовой фильтр второй промежуточной частоты соединен с входом АЦП, выход АЦП соединен с входом модуля обработки цифрового сигнала и управления узлами тракта с помощью PCI интерфейса, сигнальный выход которого соединен с входом ЦАП низкой частоты, вход управления соединен через PCI шину с ПЭВМ. (http://www.winradio.com/pdf/g313i-review-radcom.pdf, fig.1) [4] - прототип.

Известное радиоприемное устройство было выбрано в качестве прототипа как наиболее совпадающее с заявляемой полезной моделью по большинству технических признаков.

Недостатками известного устройства является высокая сложность (два преобразования частоты), невозможность многоканального приема, модуль обработки цифрового сигнала (в оригинале DSP) обрабатывает только один низкоскоростной сигнал, не используются скоростные возможности шины PCI для передачи цифрового сигнала для обработки в ПЭВМ.

Предлагается полезная модель высокоскоростного многоканального радиоприемного устройства KB диапазона, не имеющая указанных недостатков.

Техническим результатом является обеспечение многоканального приема сигналов одновременно во всей полосе частот KB диапазона, повышение помехоустойчивости за счет возможности предварительной частотной селекции сигналов в широкой полосе, простота технической реализации.

Технический результат достигается за счет:

- введения на вход устройства преселектора с возможностью выбора оптимальной полосы пропускания и режекции мощных мешающих сигналов или участков диапазона, обеспечивающего повышение помехоустойчивости.

- введения дополнительных цифровых каналов обработки сигнала, подключаемых на выход АЦП и обеспечивающих многоканальность.

- использования интерфейса PCI не только для управления узлами устройства, но и обеспечивающего высокоскоростной вывод данных при приеме сигналов во всем KB диапазоне.

- использования прямого аналого-цифрового преобразования радиосигнала, без переноса на вспомогательную промежуточную частоту.

Высокоскоростное многоканальное радиоприемное устройство KB диапазона содержит управляемый усилитель, АЦП, ПЭВМ, причем выход усилителя соединен со входом АЦП.

Согласно полезной модели в высокоскоростное многоканальное радиоприемное устройство KB диапазона введены банк из фильтров низкой частоты (ФНЧ) и банк из фильтров высокой частоты (ФВЧ), составляющие преселектор, модуль выделения и обработки цифровых каналов, модуль управления узлами тракта и вывода информации через PCI интерфейс. Причем вход банка из ФНЧ является входом устройства, его выход соединен с входом банка из ФВЧ, выход которого через управляемый усилитель соединен с АЦП, сигнальный выход АЦП соединен с модулем выделения и обработки цифровых каналов, выходы каналов модуля выделения и обработки цифровых каналов соединены с канальными входами модуля управления узлами тракта и вывода информации через PCI интерфейс, выход которого через шину PCI соединен с ПЭВМ, управляющие выходы модуля управления узлами тракта и вывода информации через PCI интерфейс соединены с входами управления выбором фильтра банка из ФНЧ и банка из ФВЧ.

На фиг.1 приведена функциональная схема полезной модели. На фиг.2 приведен вариант реализации полосы пропускания преселектора.

Заявляемое устройство содержит вход 1, банк из ФНЧ 2, банк из ФВЧ 3, управляемый усилитель 4, АЦП 5, модуль выделения и обработки цифровых каналов 6, модуль управления узлами тракта и вывода информации через PCI интерфейс 7, ПЭВМ 8.

Вход банка из фильтров ФНЧ 2 является входом 1 устройства, его выход соединен со входом банка из ФВЧ 3, выход которого через управляемый усилитель 4 соединен с АЦП 5, сигнальный выход АЦП 5 соединен с модулем выделения и обработки цифровых каналов 6, выходы цифровых каналов которого соединены с канальными входами модуля управления узлами тракта и вывода информации через PCI интерфейс 7, выход которого соединен с ПЭВМ 8, управляющие выходы модуля управления узлами тракта и вывода информации через PCI интерфейс 7 соединены с входами управления выбором фильтра банка из ФНЧ 2 и банка из ФВЧ 3.

Устройство работает следующим образом.

На вход банка из ФНЧ 2 поступает групповой спектр, содержащий большое количество узкополосных сигналов, на выходе данного фильтра выделяются только сигналы или интересующей части или всего диапазона КВ. Далее сигнал поступает на вход банка из ФВЧ 3. К примеру, фильтры ФНЧ и ФВЧ входящие в банки 2 и 3 могут иметь следующие частоты среза:

1) 2 МГц;

2) 4 МГц;

3) 6 МГц;

4) 8 МГц;

5) 10 МГц;

6) 12 МГц;

7) 16 МГц;

8) 18 МГц;

9) 20 МГц;

10) 22 МГц;

11) 24 МГц;

12) 26 МГц;

13) 28 МГц;

14) 30 МГц;

Частоты среза фильтром могут иметь и меньший шаг, нежели 2 МГц, в данном случае полезный сигнал можно выделить в еще более узкой полосе с большим отношением сигнал/шум, или подавить мощный сигнал, маскирующий полезный сигнал, с большей точностью. Как показывают натурный и математический эксперименты, данный набор фильтров является оптимальным по возможности формирования различных полосовых и режекторных фильтров и сложности технической реализации [5]. Порядок фильтров определяется необходимым подавлением соседних каналов и на практике не превышает 7-8.

Выбором соответствующего ФНЧ из банка 2 формируется или верхняя граница полосы пропускания, или нижняя граница полосы режекции преселектора (см фиг.2). Далее сигнал с выхода банка из ФНЧ 2 подается на вход банка из ФВЧ 3 для формирования или нижней граница полосы пропускания или верхней границы полосы режекции преселектора, а затем в зависимости от электромагнитной обстановки, сигнал со сформированной полосой с выхода банка из ФВЧ 3 поступает

на вход управляемого усилителя 4 для усиления до максимального уровня мощности, необходимого для подачи на вход АЦП 5 без перегрузки. Цифровой сигнал в выделенной полосе с выхода АЦП 5 поступает на вход модуля выделения и обработки цифровых каналов 6. Количество цифровых каналов зависит от вычислительных ресурсов модуля 6 [6, 7]. Сигналы с соответствующих выходов цифровых каналов модуля 6 поступают на канальные входы модуля 7 для последующей передачи через шину PCI в ПЭВМ, где и производится их дальнейшая обработка, которая зависит от поставленной задачи. От ПЭВМ через шину PCI поступают команды для управления конфигурацией тракта предлагаемого устройства:

- выбор фильтра ФНЧ из банка 2;

- выбор фильтра ФВЧ из банка 3;

- выбор усиления или ослабления сигнала посредством усилителя 4, причем управление коэффициентом передачи усилителя может осуществляться как из модуля 6, так и из модуля 7, в зависимости от конкретной реализации алгоритма оценки уровня сигнала.

Используя подобную конфигурацию тракта можно обрабатывать или весь KB диапазон, или выделять его определенную часть, или же подавлять часть диапазона, если в ней присутствуют мощные сигналы, блокирующие полезные слабые сигналы.

Использование шины PCI с пропускной способностью в 120 Мбайт/сек и к примеру АЦП AD6645 (Analog Devices) с тактовой частотой до 105 МГц или аналогичного по характеристикам позволяет принимать всю полосу частот KB диапазона (порядка 30 МГц полоса сигнала, соответственно при 14 битном разрешении АЦП скорость цифрового потока примерно 50 Мбайт/сек) и передавать сигнал в оцифрованном виде для дальнейшей обработки в ПЭВМ. Причем ресурсы шины PCI разрешают на ряду с передачей полностью всей полосы сигналов передавать и выделенные из нее отдельные узкополосные сигналы в отдельных цифровых каналах, тем самым, обеспечивая многоканальность приема.

Введение в устройство дополнительных каналов цифровой обработки сигналов, подключаемых к выходу АЦП и обеспечивающих увеличение количества каналов цифрового приема и высокоскоростного модуля передачи данных с помощью шины PCI, а также переключаемого преселектора, состоящего из двух банков фильтров ФНЧ и ФВЧ, обеспечивающего повышение помехоустойчивости приема за счет подавления помех, позволяет достигнуть технический результат - многоканальный прием сигналов в широкой полосе частот, а также повышение помехоустойчивости за счет возможности предварительной частотной селекции сигналов.

Список источников

1. Техническое описание РПУ Р-399.

http://www.cqham.ru/trx/r_399.html.

2. Справочник по учебному проектированию приемно-усилительных устройств / М.К.Белкин, В.Т.Белинский, Ю.Л.Мазор, P.M.Терещук. - 2-е изд. - К.: Выща шк., 1988.

3. Operating Manual. Receiver AR7030. AOR (UK) Ltd.

http://www.aoruk.com/pdf/7030m.pdf.

4. WinRadio WR-G313i PC-controlled receiver. Chris Lorek. RadCom, March 2005. http://www.winradio.com/pdf/g313i-review-radcom.pdf - прототип.

5. Способ оптимизации селекционных и динамических характеристик радиоприемных трактов. В.В.Щебет, И.И.Кащенко, О.А.Шаврин. Радиоконтроль. Выпуск 9. 2006 г.

6. Гольденберг Л.М., Матюшкин Б.Д., Поляк М.Н. Цифровая обработка сигналов: Справочник. - М.: Радио и связь, 1985.

7. Солонина А.И., Улахович Д.А., Арбузов С.М., Соловьева Е.Б., Гук И.И. Основы цифровой обработки сигналов: Курс лекций. - СПб.: БХВ - Петербург, 2003.

Высокоскоростное многоканальное радиоприемное устройство KB диапазона, содержащее управляемый усилитель и аналого-цифровой преобразователь (АЦП), причем выход усилителя соединен со входом АЦП, отличающееся тем, что в него введены банк из фильтров низкой частоты и банк из фильтров высокой частоты, составляющие преселектор, модуль выделения и обработки цифровых каналов, модуль управления узлами тракта и вывода информации через PCI интерфейс, причем вход банка из фильтров низкой частоты является входом устройства, его выход соединен со входом банка из фильтров высокой частоты, выход которого через управляемый усилитель соединен с АЦП, сигнальный выход АЦП соединен с модулем выделения и обработки цифровых каналов, выходы каналов модуля выделения и обработки цифровых каналов соединены с канальными входами модуля управления узлами тракта и вывода информации через PCI интерфейс, выход которого через шину PCI соединен с ПЭВМ, управляющие выходы модуля управления узлами тракта и вывода информации через PCI интерфейс соединены с входами управления выбором фильтра банка из фильтров низкой частоты и банка из фильтров высокой частоты.