Расчет и построение радиоприемника

На приёме каждый абонент, зная свой вид сложного сигнала, генерирует его, перемножает на поступающий сигнал, демоделируя его, и выделяет сообщение своего источника. Проиллюстрируем этот процесс.

На рис. 3.11 изображены, соответственно, принимаемый сигнал (в), сложный сигнал (б) и результат демодуляции (а).

Рис. 3.11 Алгоритм приёма сигналов.

4 Разработка структурной схемы приёмо-передатчика Выберем для реализации супергетеродинную схему приёмо-передатчика. В соответствии с этой схемой QPSK модуляция производится на промежуточной частоте fпч с последующим переносом спектра в заданный диапазон частот 2,4 — 2,4835 ГГц.

На рисунке 4.1 изображена структурная схема передатчика широкополосного сигнала, работающего по стандарту IEEE 802.

11. На вход передатчика поступает цифровой поток данных (date) со скоростью.

2,8 Мбит/с, а также сигнал тактовой частоты (clock). Эти сигналы подаются на формирователь квадратурных каналов (ФКК). В соответствии с теорией передачи цифровых сигналов по каналу связи, приходящий цифровой поток поступает на два квадратурных канала.

Как показано в разделе 3.1 при QPSK модуляции цифровой поток подразделяется на двухбитные кортежи. Первый бит кортежа подаётся в канал I и образует символ длительностью, равной длительности двух бит. Второй бит поступает в канал Q и также образует символ той же длительности. Символы обоих каналов со скоростью 1 Мбит/с поступают на формирователь широкополосных сигналов (ФШПС). Здесь символы обоих квадратурных каналов умножаются на кадр сигналов кода Баркера, состоящего в соответствии со стандартом IEEE 802.

11 из одиннадцати элементов. Таким образом, на выходе блока ФШПС образуются два цифровых ШПС потока со скоростью 11 Мбит/с каждый и поступающих фильтры Найквиста каждого канала.

Далее в блоке Mod QPSK производится квадратурная модуляция синусоидального сигнала промежуточной частоты fпч = 70 МГц методом квадратурной четырёхуровневой фазовой модуляции QPSK.

Рис. 4.1 Структурная схема передатчика по стандарту IEE 802.

С выхода блока Mod QPSK фазомодулированный сигнал с несущей.

70 МГц поступает на вход блока переноса спектра (ПС), осуществляющего перенос спектра сигнала в диапазон радиочастот rf (radio frequenz).

2400,0 МГц — 2483,5 МГц методом балансной модуляции с подавлением несущей. Далее через полосовой фильтр (ПФ) и усилитель мощности сигнал поступает в антенну и излучается во внешнюю среду.

В приёмнике все перечисленные операции с сигналом производятся в обратном порядке. На рисунке 4.2 представлена структурная схема приёмника ШПС сигналов.

Сигнал, воспринятый антенной на радиочастоте rf усиливается и поступает на полосовой фильтр (ПФ), основной задачей которого является подавление зеркального канала на частоте rf + 2*fпч. С выхода фильтра ПФ сигнал поступает на блок переноса спектра ПС с несущей частоты rf на промежуточную частоту fпф = 70 МГц. В состав блока ПС входят демодулятор и полосовой фильтр сигнала промежуточной частоты. Задачей фильтра является подавление соседних каналов.

С выхода блока ПС сигнал промежуточной частоты подаётся на фазовый демодулятор, который реализуется по схеме с выделением квадратурных каналов и с фильтрацией по Найквисту в каждом из них. Сигналы Iшпс, Qшпс на выходах блока представляют собой сигналы, обработанные кодом Баркера, прямоугольная форма которых преобразована фильтрами Найквиста в автокорреляционную функцию сигналов кадра кода Баркера. Её максимум достигается в момент окончания каждого элемента кода Баркера. Таким образом реализуется схема оптимального приёма элементов ШПС.

Сигналы обоих каналов поступают на решающую схему, в которой они сравниваются с опорными сигналами и формулируется решение о том, какой элемент ШПС был принят приёмником. Преобразованные и выделенные таким образом сигналы ШПС демодулируются, т. е. в каждом квадратурном канале перемножаются с кадром сигналов кода Баркера.

Рис. 4.2 Структурная схема приёмника по стандарту IEE 802.

В результате перемножения образуются потоки символов I, Q передаваемого сигнала. Эти потоки поступают на преобразователь квадратурных каналов ПКК, в котором они мультиплексируются и образуют цифровой поток data. Он отличается от входного потока, поступающего на передатчик наличием в нём ошибок, величина которых определяется отношением сигнал/шум в канале передачи.

5. Разработка схемы электрической принципиальной Электрическая принципиальная схема приёмника реализует структурную схему. Вся схема может быть условно разделена на две части. В первой из них производится приём, усиление и преобразование высокочастотного радиосигнала. Во второй части происходит детектирование QPSK сигнала, обработка выделенного цифрового потока ШПС, оптимальный приём ШПС сигнала и выделение исходного цифрового потока, поступившего на передатчик.

Отвлекаясь от темы данной главы, необходимо принять во внимание следующие соображения, относящиеся к методам реализации радиотехнической аппаратуры. Существуют два направления реализации — аппаратный и программный. До недавнего времени преобладал аппаратный метод реализации оптимальных приёмников, в рамках которого были ограничены возможности полной реализации выводов теории оптимального приёма из-за сложности аппаратуры, реализующей алгоритмы обработки сигналов, полученные в теории.

Благодаря успехам в технологии интегральных схем (ИС) созданы и постоянно совершенствуются мощные процессоры и микросхемы ПЛИС, позволяющие в виде программного обеспечения полностью реализовать все алгоритмы оптимальной обработки сигнала и перейти к программному методу реализации оптимальных приёмников.

Условно выделенная первая высокочастотная часть разрабатываемого приёмника будет реализована аппаратным методом на базе аналоговых ИС. При разработке второй части приёмника будет использован программный метод реализации.

На рис. 5.1 (лист 1, лист 2) представлена электрическая принципиальная схема приёмника ШПС. Сигнал, принятый антенной, поступает на вход усилителя высокой частоты DA1, реализованного на микросхеме TA84508.

Входной сигнал представляет собой АМ колебание с подавленной несущей. Стандартом IEEE 802.

11 выделен диапазон частот 2400,5 МГц — 2483,5 МГц. Сигнал ШПС при скорости исходного цифрового потока 2 Мбит/с занимает полосу 22 Мбит при использовании QPSK модуляции. Так как ширина выделенной полосы составляет 83Ю5 МГц, то спектр принимаемого сигнала лежит в выделенной полосе.

Усиленный сигнал поступает на полосовой фильтр, реализованный на микросхеме DA2, типа ППФ 55, обеспечивающий подавление зеркального канала. Усиленный и отфильтрованный сигнал подаётся на преобразователь спектра, реализованный на микросхеме смесителя DA4 типа 640 ПС2. Одновременно на смеситель поступает сигнал частоты несущей с выхода генератора DA3 на микросхеме FRVC 1831 DS. Таким образом, осуществляется перенос спектра сигнала на промежуточную частоту.

70 МГц. Полученный сигнал является QPSK сигналом. Для выделения сигнала на промежуточной частоте на выходе смесителя стоит фильтр сосредоточенной селекции DA5 ФПЧ46 070 В 4.9, Изготовленный по технологии ПАВ. Фильтр обеспечивает подавление мешающего сигнала соседних каналов. Отфильтрованный сигнал усиливается усилителем DA6 типа LT 1364 и далее подаётся на схему детектирования сигнала QPSK. Детектирование производится с использованием двух квадратурных каналов и смесителей DA 8, DA9 типа 640 ПС2. На один вход каждого смесителя поступает сигнал QPSK на промежуточной частоте. На второй вход см5есителя DA8 подаётся сигнал частоты несущей, генерируемый микросхемой DA7 типа GOХ 1498.

На второй вход см5есителя DA9 подаётся сигнал частоты несущей, сдвинутый на 900. Сдвиг на 900 осуществляется RC схемой.

В результате детектирования QPSK сигнала на выходе смесителя в каждом квадратурном канале возникает широкополосный сигнал, дальнейшая обработка которого осуществляется программным методом. Для этого используется микросхема DA9 ПЛИС типа EP3 C16E144C8.

В каждом канале микросхема реализует цифровой фильтр Найквиста, обрабатывающий принятый от смесителя сигнал. На выходе фильтра реализуется решающая схема, в которой принятый сигнал сравнивается с опорным. При QPSK модуляции значение опорного сигнала в каждом канале лежит посередине между двумя возможными в канале значениями сигнала. По результатам сравнения принимается решение о том какой сигнал был принят в канале.

Далее производится демодуляция ШПС в каждом канале с использованием регистра, в котором хранятся значения кода Баркера. Сигналы с выходов регистра и решающей схемы поступают на логическую схему «и» и далее на мультиплексор MX, объединяющий цифровые потоки обоих квадратурных каналов. На выходе мультиплексора образуется сигнал данных DATA и тактовой частоты CLOCK, которые были переданы передатчиком.

6 Заключение В разработанном курсовом проекте рассмотрены вопросы проектирования приёмника ШПС, работающего по стандарту IEE E 802.

11. Дан краткий обзор методов построения приёмников с анализом их достоинств и недостатков. Разработаны структурные схемы передатчика и приёмника. Разработана принципиальная электрическая схема на современных микросхемах. В Приложении даны чертежи.

1. Буга Н. Н., Фалько А. И., Чистяков Н. И. Радиоприёмные устройства. М.: РиС, 1986.

2. Варакин Системы связи с шумоподобными сигналами. М: РиС, 1985.