Дослідження динамічного діапазону SDR-приймача прямого перетворення

Автор: Бонебрюх К. К.

Источник: Сучасні інформаційні технології та програмне забезпечення комп’ютерних систем / Збірник тез доповідей Всеукраїнського студентського науково-практичного семінару “Сучасні інформаційні технології та програмне забезпечення комп’ютерних систем”. — Кіровоград, вид-во “КОД” — 2012, с. 52–54.

Програмно визначена радіосистема (Software Defined Radio, SDR) є однією з форм трансівера, в якому, обробка сигналів реалізується програмно і усі аспекти його роботи, визначаються за допомогою універсальних апаратних засобів загального призначення, що конфігуруються за допомогою програми

Ідеальне SDR повинно мати у своєму складі АЦП/ЦАП, антену та пристрій цифрової обробки сигналів (рис. 1).

Однією із найважливіших характеристик SDR є його динамічний діапазон (ДД).

Динамічний діапазон радіоприймача взагалі — це відношення максимальної потужності вхідного сигналу, відтворюваного пристроєм із задовільною якістю до порогової чутливості радіоприймача[1]. Зазвичай динамічний діапазон виражається у децибелах.

Динамічний діапазон впливає на чутливість та вибірковість, а також на параметри систем, до яких входить радіоприймальний пристрій, такі як точність відтворення сигналів, пропускну здатність, електромагнітну сумісність тощо. Тому актуальною задачею радіоприймальної техніки є задача розширення ДД радіоприємних пристроїв та приведення його до відповідності з вхідними впливами в умовах реальних електромагнітних обставин.

Динамічний діапазон приймача залежить від факторів, що впливають на рівні сигналів, що приймаються. Отже динамічний діапазон визначається декількома чинниками. Розглянуто 2 з них:

1. Чутливість. Чутливість характеризує здатність пристрою приймати слабкі сигнали.
2. Динамічний діапазон за інтермодуляційними завадами (вільний від інтермодуляційних завад, Spurious Free Dynamic Range, SFDR). Дорівнює величині динамічного діапазону, за якого подальше збільшення амплітуди вхідного двотонового сигналу призводить до утворення їх продуктів інтермодуляції в смузі прийому.

SDR-приймачі для телекомунікацій можуть бути побудовані за принципом прямого перетворення (ПП) (рис. 2).

Приймач прямого перетворення є найпростішим, тому найкраще підходить до реалізації концепції SDR. Має в своєму складі мінімальну кількість вузлів, необхідних саме для прийому сигналів.

Переваги:
1) низька складність побудови;
2) придатність до побудови на інтегрованих схемах;
3) наявність одного гетеродина.

В такому вигляді (рис. 2) SDR-приймачі зазвичай не будуються.

Використовуючи ключові схеми перемішувачів, та балансні схеми включення дозволяє покращити динамічний діапазон SDR-приймача прямого перетворення.

Прикладом схемотехнічного рішення такого принципу може бути розробка [4]. Цю схему було обрано прототипом для створення моделі для досліджень динамічного приймача ПП у пакеті SystemView (рис. 3).

Виявлено сильну залежність SFDR від розрядності АЦП. Спектри відтвореного сигналу на частоті –90 кГц від центральної частоти за розрядності АЦП 16 та 8 біт при незмінному рівні вхідного сигналу зображено на рис. 4 та 5.

Видно, що динамічний діапазон відрізняється більше, ніж на 30 дБ. Страждає чутливість приймача. Навіть за використання 16-ти розрядного АЦП величина спурсів над рівнем шуму становить близько 30 дБ. Причому причина виникнення спурсів полягає не в нелінійності характеристик АЦП, адже на моделі використано ідеалізований АЦП.

В ході досліджень виявлено, що найбільша кількість спурсів викликається сигналами, що наближаються до частоти Найквіста АЦП.

Природа спурсів підлягає подальшому дослідженню.

Список літератури

1. Горохов П. К. Толковый словарь по радиоэлектронике. Основные термины: около 6 000 терминов / П. К. Горохов. — М.: Рус. яз., 1993. — 246 с.
2. Проектирование радиоприемных устройств. Под ред. Сиверса А.П. / А.П. Сиверс. — М.: «Сов. радио», 1976. — 487 c.
3. Software Defined Radio. Edited by Walter Tuttlebee. / W. Tuttlebee // John Wiley & Sons, Ltd — 2002. — 402 pp.
4. Sinisa Tasic HF SDR (Software Defined Radio) receivers [Электронный ресурс] / Tasic Sinisa — Режим доступа: http://www.yu1lm.qrpradio.com/...