автореферат диссертации по радиотехнике и связи, 05.12.17, диссертация на тему:Методы повышения помехоустойчивости и расширения функциональных возможностей цифровой радиоприемной аппаратуры

_ _ оксккй гесщклшшй техшшлзя унивегшет 10 Ом

, V

" В HUÍF На врагах рукописи

Пахомемко Станислэа Владатаропет

яетодн попшит гошоустойчквеш и paœkfdeli шзщшмыш ВО^ЮЗГОСТЕЯ цпггойоа

РАДИОПИШЛЮЯ /УШДРЛТУГУ

Специальность 05.12,17 - радаотехническкз п тслзвпзпсп1пгэ

систем п.устройства

АВТОРЕФЕРАТ дпссертсцхя па сопскаикэ yreuefl степяп кандидата техяэтесккх пзуа

O-îc.t, 1935

Работа выполнена на кафедре "Радиоэлектроника и техника СВЧ" Омского государственного технического университета

Научный руководитель - кандидат, технических наук, доцент Побережский Е. С.

Официальные оппоненты - доктор технических наук,

профессор Вапцея В. А.

кандидат технических наук Семенов Н.И.

Ведущее предприятие - Центральное конструкторское

бюро автоматики, г.Оиек

Защита состоится " 3 " 1995г. ь /5 ч ££ша

на заседании диссертационного совета К063.23.02 в Омегом государственном техническом университете.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Омского государственного технического университета.

Бея отзыв, заверенные гербовой печатью, в двух экземплярах прост направлять по адресу: 644060, г.0мск-50, пр.1Ьра, 11, (МТУ, ученому секретарю диссертационного совета К063.23.0Й.

Автореферат разослан "/¿7" дЛ&АЯ 180^ г.

Ученый секретарь диссертационного совета К063.23.02 кандидат технических наук доцент

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Цифровая радиоприемная аппаратура.позволяет достичь теоретически возможного предела помехоустойчивости для любых видов сигналов.Значительное влияние на помехоустойчивость оказывают такие узлы, как аналого-цифровой преобразователь (ЛЦП), демодулятор, система синхронизации. Существующие в настоящее время АЦП далеко не полностью соответствуют требоваш;;::;, предъявляемым к ним в цифровых радиоприемных устройствах, поэтому улучшение характеристик ЛЦП путем схемотехнических реиений актуально. Для реализации потенциальных возможностей цифровой обработки сигналов требуется создание новых алгоритмов цифровой демодуляции и синхронизации демодуляторов, которые позволили Си повысить помехоустойчивость цифровой радиоприемной аппаратуры наряду с расширением ее функциональных возможностей и повышением экономической эффективности. В связи с этим актуальна разработка новых типов цифровых демодуляторов, а также экономичных, близких к оптимальным методов синхронизации.

Цель работы- разработка методов повышения помехоустойчивости и расширения, функциональных возможностей цифровой радиоприемной аппаратуры. Для достижения поставленной цели дол-йнь1 быть решены следующие задачи.

1. Разработка и исследование аналого-цифровых преобразователей с подавлением иума квантования в заданной полосе частот.

' 2, Синтез цифрового следящего демодулятора ЧМ сигналов н анализ его помехоустойчивости.

3. Синтез цифровых демодуляторов сигналов квадратурной модуляции систем стереовещания гектоыетрового диапазона.

4. Разработка и исследование методов селективного вызова, совмещенного с тактовой синхронизацией при коротких сеансах свлзи.

5. Синтез системы тактовой синхронизации многоразрядных цифровых демодуляторов при продоляительных сеансах связи.

Методы исследования. В диссертации приведены результаты теоретических исследований, полученных с использованием методов статистической радиотехники, теории вероятности и случайных процессов, теории следяв?их систем, теории оптимального обнаружения и оценивания параметров, теории цифровой фильтрации и демодуляции, теории функций комплексного переменного, а такяе результаты экспериментальных исследований, полученные пу-

тем имитационного моделирования на ЭВМ с использованием методов вычислительной математики и программирования.

Научная новизна. Новыми являются следующие результаты диссертационной работы.

1. Разработан метод проектирования и синтезированы структуры аналого-цифровых преобразователей с подавлением шума квантования в требуемой полосе частот, обеспечивающих расширение этой полосы при произвольной центральной частоте.

2. Синтезирован цифровой следящий демодулятор ЧМ сигналов, обладающий повышенной помехоустойчивостью и линейностью характеристик, проведен анализ его помехоустойчивости.

3. Разработаны структуры цифровых демодуляторов квадратурных сигналов систем стереовещания в гектометровом диапазоне и проведен сравнительный анализ алгоритмов демодуляции применительно к типу элементной базы. -

4. Предложен экономичный метод увеличения числа абонентов, идентифицируемых при селективном вызове, совмещенном с синхронизацией, в системах с короткими сеансами связи.

5. Е соответствии с критерием максимального правдоподобия разработана цифровая многоразрядная система тактовой синхронизации, позволяющая снизить аппаратные затраты при синхронизации многоразрядных демодуляторов в условиях продолжительных сеансов связи.

Практическая ценность диссертационной работы заключается в следующем.

1. Предлагаемые структуры аналого-цифровых преобразователей с подавлением шума квантования в заданной полосе частот позволяет существенно расширить динамический диапазон цифровых радиоприемных устройств и увеличивают свободу выбора их проыевуточша частот и частот дискретизации.

2. Синтезированный цифровой следящий демодулятор ЧМ сигналов позволяет обеспечить помехоустойчивость и качество приема, не достижимые при аналоговой обработке.

3. Разработанные структуры цифровых демодуляторов квадратурных сигналов систем стереовещания гектометрового диапазона расширяют функциональные возможности универсального вычислительного узла цифрового радиовещательного приемника. Результаты сравнительного анализа дают возможность выбирать наиболее предпочтительный алгоритм демодуляции для заданной элементной базы.

4. Предложенный метод использования вызывных синхронизиру-

2

ющих комбинаций при отнопениях сигнал-шум 15-20 дБ дает возможность увеличить число абонентов многопользовательской системы связи в 3,6 раза при одновременном сокращении аппаратных затрат в i6 раз.

5. Синтезированная система тлктовой синхронизации позволяет достичь помехоустойчивости демодуляции цифровых сигналов, близкой к потенциальной, при малых необходимых аппаратных затратах для многоразрядной цифровой обработки.

Реализация и внедрение результатов исследования

1. Результаты диссертационной работы использованы в НИИ радиовещательного приема и акустики им. А.С.Попова при создании цифрового приемника.

2. На приборостроительном заводе им. Козицкого при разработка цифровой сети низовой связи использованы алгоритмы синхронизации для коротких сеансов связи.

Результаты внедрения подтверждаются соответствующими актами.

Апробация работы. Основные положения работы докладывались >;п Второй международной науч.-техн. конференции "Актуальный проблемы электронного приборостроения" АП5П-94(Новосибирск, 1594), VIII Есс-союзкси науч.-техн. конференции "Радиоэлектроника и связь на службе качества"(Москва-Свердловск,1088), VIII Всесоюзной школе-семинаре (Москва,1889), Всесоюзной науч.-техн. Еколе-семинэре "Цифровая обработка сигналов а системах, связи и управления" (Ростов-Великий,1991), региональной науч.-техн. конференции "Проблемы техники и технологий XXI века" (Красноярск, 1994), Юбилейной областной науч.-техн. конференции (Омск, 1892), науч.-техн. конференции "Проблемы создания аппаратуры радиосвязи и радиоэлектроники устройств народнохозяйственного и бытового назначения"(Омск, 1990), XXVII науч.-техн. конференции проф.-преп. состава, научных работников,' аспирантов (Омск,1989), XXX науч.-техн. конференции проф.-преп. состава, научных работников, аспирантов (Омск,1994).

П у б л и к а ц и и. По теме диссертации опубликовано 17 работ, в том числе авторское свидетельство на изобретение.

Структура в объем диссертации.

Работа состоит из введения, четырех разделов, заключения, списка литературы из 111 наименований и 5 приложений. Основной текст изложен на 111 страницах и иллюстрируется 35 рисунками.

3

Основные п о л о г е н и я, выносимые на зачту

1. Метода построения и структуры аналого-цифровых преобразователей с подавлением шума квантования в заданной полосе частот, позволяющих расширить динамический диапазон радиоприемных устройств, результаты исследования этих структур.

2. Структура цифрового следящего демодулятора ЧМ сигналов, обладающего повышенной помехоустойчивостью и линейностью характеристик, результаты его исследования.

3. Структуры цифровых демодуляторов -квадратурных сигналов систем стереовещания гектсметрового диапазона и результаты их сравнительного анализа, позволяющие выбирать более предпочтительный алгоритм демодуляции с зависимости от элементной базы.

4. Метод увеличения числа абонентов многопользовательской системы связи при коротких сеансах с применением вызывных последовательностей для синхронизации, а также результаты исследования метода.

5. Результат« синтеза основных узлов цифровой многоразрядной системы тактовой синхронизации, позволяющей снизить аппаратные затраты при синхронизации многоразрядных демодуляторов в условиях продолжительней сеансов связи.

КРАТКОЕ С0ДЕР2А1ШЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность работы, сформулированы цели а основные задачи исследований, научная и практическая ценность работы, указаны основные положения, выносимые на защиту, и описана структура диссертации.

В первом разделе рассмотрены методы проектирования н проведен синтез структур аналого-цифровых преобразователей (АЦП) с подавлением шума квантования в заданной полосе частот. Необходимость разработки этих структур связана с особенностями применения АЦП в цифровых радиоприемных устройствах (ЦРПУ). Так, с одной сторона, в ЦРПУ преобразованию подвергается узкополосный сигнал, с другой - необходим широкий динамический диапазон в полосе этого сигнала, следовательно, АЦП должен иметь малый шаг квантования (также только в этой полосе). Указанным условиям наилучшим образом удовлетворяют АЦП на основе дэльта-екгш модулятора (ДСМ). АЦП с ДСМ обычно используются для работы на постоянном токе, однако в ЦРПУ требуются АЦП с ДСМ, преобразующие полосовые сигналы, поскольку намного выгоднее производить перенос на нулевую частоту уже и цифровом виде. Известны сообще-

4

ш*я о создании фирмой Rockwell International полосового АЦП с ДСМ, преобразователям аналогичного типа посвящены рсботы Побе-режского Е.С., Зарубинского М.Б., Долина С.А.

Б диссертации показано, что АЦП с ДСМ являются частным случаем АЦП с подавлением пума квантоьанил в заданно!! полосе частот. Существующие структуры ДСМ требуют значительной избыточности частоты дискретизации и ограничивают свободу выбора центральной частоты преобразуемого сигнал^

Предложен метод проектирования и на его основе разработаны структуры, позволяющие снизить указанную избыточность и преобразовывать сигнал с произвольной центральной частотой при сохранении полезных свойств АШ! с ДСМ.

В работе использована математическая модель, в соответствии с которой АЦП с подавлением шума квантования в заданной полосе частот рассматривается как линейная система дискретного времени. Показано, что в общем случае z-преобразование разностного уравнения работы.АЦП имеет вид

y{z)=x(z)+zR(z)(z,x(z)-z,y(s))+zK(z)(z',y(s)-'/1c(s))+e(z)1 где x(z)- входной сигнал, e(z)- шум квантования, c(z)=y(z)-e(z) - сигнал на входе малоразрядного квантователя, выход которого y(z) является выходом АЦП/ Синтезированная в соответствии с приведенным уравнением структура реализует функцию подавления шума квантования e(z), описываемую выражением

N(zMl+K(z))/(i+R(z)). Условие физической реализуемости функций zR(z) и zK(z) налагает ограничения на функции K(z) и R(z) и, следовательно, на возможный вид Mz). Как показано в диссертации, существующие структуры ДСМ с числом петель m могут реализовать только гладкие ЛЧХ N(z)=(1-2 ~')w для работы на постоянном токе и N(z)=(i+z"i')m для полосового сигнала. Такие функции имеют нуль кратности и (бесконечное подавление) на единственной частоте, при отклонении от которой подавление шума квантования монотонно ухудшается. В то же время от АЦП в ЦРПУ требуется, чтобы уровень шума в полосе полезного сигнала не превышал допустимого значения, поэтому если N(z) соответствует минимаксному критерию (является характеристикой эллиптического фильтра), то для обеспечения заданных характеристик требуются меньшие аппаратные затраты, чем в том случае, когда N(z) соответсзует гладкой АЧХ. Необходимое условие для реализации H(z) эквивалентной характеристике эллиптического фильтра состоит в том, чтобы K(z) и R(z) являлись рациональными

функциями. Предложены и исследованы с учетом физической реализуемости и устойчивости структуры АЦП с формированием шума квантования для всех возможных частных случаев K(z), R(z) (одна из функций равна нулю; является полиномом и т.д.), получены прямые к косвенные реализации этих структур. В общем случае, когда H(z)=P(z)/Q(z),K(z)=Kn(z)/Kd(z), R(z)=Rn(z)/Rd(z), структура АЦП реализуема, если выполнется условие

{Rd(z)[Kd(z)fKn(z)]=P(z)} & {Kd(z)[Rd(z)+Rn(z)]=Q(z)}.

Предложенный подход, когда нули функции N(z) не сосредоточены на одной частоте, а распределены по полосе задерживания, позволяет при заданных частоте дискретизации и эквивалентной разрядности АЦП увеличить ширину спектра преобразуемого сигнала и, следовательно, снизить избыточность частоты дискретизации. Так, для ДСМ с числом петель m динамический диапазон D и избыточность R частоты дискретизации Гд над ее значением по Котель-никову - Найквисту связаны соотношением D « -20m-lg[2sin(sr/2R)] и для наибольшего реализованного m=4 D=S0 дБ достигается при П>32. В то же время в предложенной структуре, например, для характеристики H(z), соответствующей эллиптическому фильтру 8-го порядка, D=80 дБ обеспечивается при R>10.

Структуры АЦП с селективным подавлением шума квантования для полосовых сигналов с произвольной центральной частотой могут быть получены из низкочастотного прототипа путем частотного преобразования, заключающегося в замене задержки z"' всепропускащии звеном W(z). В диссертации показано, что полосовые структуры реализуемы только при W(z)«z*' [(z"1+a)/(az*,+l)}, a«-coa(2sfe/fR), где f„ - произвольная центральная частота полосового сигнала, Гд - частота дискретизации. Такой вид частотного преобразования означает, во-первых, 'что ширина спектра преобразуемого сигнала для полосового АЦП и для прототипа. обязательно одинакова, во-вторых, наиболее простая структура полосового АЦП соответствует случаю, когда а=1, т.е. частоте дискретизации f,-4f,/t4 inl(f,/fA +0,5)± 1), которая в то se время обеспечивает минимум помех наложения при дискретизации. С использованием предложенного преобразования могут быть синтезированы структуры АЦП как прямой, так к косвенной реализации при любых R(z), K(z) для произвольной центральной частоты.

Если центральная частота выше частоты дискретизации (субдискретизация), то предлагаемые структуры АЦП следует использовать

в комплексе с устройствами выборки - хранения (УВл). При разработке АЦП с субдискретизацией применена структура УВХ с повышенным быстродействием и расширенным динамическим диапазоном, защищенная авторским свидетельством на изобретение.

Оценено влияние неидеальности используемых узлов на качество работы всех предложенных структур АЦП. Показано, что влияние неидеальности ызлоразрядного квантователя может быть при проектировании устранено путем соответствующего выбора функций R(z), K(z) и разрядности квантователя. В то же время погрешности цифро-аналогового преобразователя (ЦАП) в обратной связи непосредственно влияют на качество работы АЦП. Так, передаточная характеристика от источника аума погрешности ЦАП до выхода АШ имеет вид B(z)={Rn(z)Kd(z) + Kn(z)Rd(z)} / {Kd(z)Rd(z)[Rd(z)+Rn(z)]} и обеспечивает полосу пропускания на тех частотах, где находится спектр полезного сигнала. Поэтому нелинейные продукты, обусловленные неидеальностыо узла ЦАП п сумме с шумом квантования не должны превышать допустимую величину ошибки преобразования при заданной разрядности.

В ходе исследований были разработаны аппаратно-программные средства, предназначенные для измерения характеристик и имитационного моделирования узлов с аналоговым входом и цифровым выходом. У казаны возможности л порядок использования этих средств при разработке предлагаемых структур и измерении характеристик АЦП.

Второй раздел посвящен синтезу и анализу цифрового следящего демодулятора частотно-модулированных сигналов. Следящий прием давно и успешно используется для повышения помехоустойчивости. Широко известны, например, работы Виницкого A.C., Тихонова В.И., Шахгильдяна В.В., Ляховкина A.A., Кантора Л.Я., Дорофеева В.М. и др., посвященные теоретическому и практическому исследованию аналоговых следящих систем, а также работы Нодзиж-ского М.И. в области импульсных (цифровых малоразрядных) следя-

систем. Цифровые следящие демодуляторы 4M сигналов с многоразрядной обработкой имеют отличия как от аналоговых, так и от :.;.пульсных систем. Учет этих отличий позволяет получить новые результаты в повышении качества приема 4M сигнала, представлен-*:ые во втором разделе диссертации.

Особенностью предлагаемого демодулятора является использование узкополосных НЧ фильтров как в прямой ветви (для линейкой ф.-льтрации активного спектра сигнала на фоне аддитивных шумоз), .-•г,: s в цепи обратной связи. Благодаря такому решению достигает-

7

ся уменьшение мощности аномальных шумов на выходе следящего демодулятора.

Проанализирована помехоустойчивость следлщего демодулятора при гауссовском модулирующем сигнале и воздействии аддитивного гауссовского шума для варианта схемы, в котором основной выигрыш в помехоустойчивости достигается благодаря подавлению фильтром прямой ветви шумов, являющихся вкеполосными по отношению к активному спектру. Так, показано, что при использовании простейшей предсказывающей цепи обратной связи.в виде постоянного коэффициента к ширине полосы пропускания фильтра в прямой ветви, обеспечивающей уроьень нелинейных искажений не хуже -80 дБ, мощность аномальных шумов снижается на 5 дБ по сравнен«» с тем же параметром для неследящего демодулятора. В практически значимых случаях снижение мощности аномальных шумов на выходе предлагаемого цифрового следящего демодулятора относительно мощности аномальных шумов на выходе неследящего демодулятора может быть найдено из формулы

где Гф - полоса пропускания фильтра основной селекции (б ходе проектирования обычно делают равной ей частоту дискретизации демодулятора), - полоса пропускания фильтра в прямой ветви, qftx - отношение сигнал-шум на входе демодулятора, qna- отношение сигнал-шум на выходе фильтра прямой ветви, иэ - эффективная' девиация частоты принимаемого сигнала, - эффективная девиация частоты сигнала, модулированного погрешность» предсказания фазы. Б предлагаемом следящем демодуляторе предсказание производится фильтром обратной связи, чем оно точнее и осуществляется на более длительное время', вперед, тем сильнее ыозет быть уменьшена полоса пропускания фильтра прямой ветви и достигается больший выигрыш в помехоустойчивости. Возможность использования при цифн ровой обработке адаптивных алгоритмов позволяет существенно повысить помехоустойчивость следящего приема.

Реализованы такие преимущества предлагаемого цифрового демодулятора перед аналоговыми следящими схемами, как возможность выполнения в цифровом виде абсолютно линейной характеристики преобразования дискриминатора, полного подавления паразитной Ш. Стабильность характеристик цифровой схемы позволяет исключить снижащее помехоустойчивость расширение полосы- фильтров, неизбежное в аналоговой технике для учета неконтролируемого разброса

8

и изменения параметров. Предлояенная простая универсальная схема коррекции позволяет полностью устранить линейные искажения деио-дулированного сигнала вне зависимости от вида используемы:« фильтров и осуществить сколь угодно точную компенсацию предыскажений с погощьв отдельного узла.

Проанализированы устойчивость и реализуемость следящего демодулятора, определен вид его эквивалентных передаточных характеристик. Так, О'ез применения коррекции линейные частотные искажения демодулируемого сигнала фазы описываются эквивалентной характеристикой вида I!(z)= Q(z)/[zkQ(z)+P(z)], где Q(z)/P(z)=F(z) - характеристика предсказывающего фильтра обратной связи. Демодулятор реализуем всегда, когда реализуем этот фильтр (что учитывается при адаптации). Демодулятор устойчив, если модули всех корней уравнения zkQ(z)+P(z)=0 меньше единицы. При применении коррекции эквивалентная передаточная характеристика имеет вид K(z)=z~fcD(z), где D(z) - характеристика дифференциатора с компенсатором предыскажений, т.е. H(z) в точности соответствует требуемой для частотного демодулятора со слежением за фазой.

Ео втором разделе проведен также синтез структур цифровых демодуляторов квадратурных сигналов стереовещания гектометрового диапазона, применяемых в рекомендованных для использования в России и странах СНГ системах фирм Harris и Motorolla. Сделан обоснованный выбор наиболее выгодных алгоритмов при выполнении демодуляторов на сигнальном процессоре со встроенным умножителем и на специализированной БИС. Исследования показали, что демодуляция в цифровом виде сигналов вещания системы фирмы Harris является существенно более простой и приспособленной для реализации на серийно выпускаемых сигнальных процессорах.

Третий раздел посвящен разработке методов синхронизации при продолжительных и коротких сеансах связи. Во втором случае дестабилизирующие факторы не успевают нарушить достигнутый в начале сеанса связи синхронизм, во время же продолжительного сеанса требуется поддержание синхронизма.

Для условий продолжительных сеансов связи известно правило оптимальной синхронизации по информационному сигналу. Оно соответствует критерию максимального правдоподобия, его математическое описание дано, например, в монографии Стиффлера Да. Дя, В области тактовой синхронизации сигналов известны также работы Бухвинера В.Е., Мартынова Е.М., Гинзбурга В.В., Каяцкаса A.A., Шляпоберского В.И., Побереяского Е.С., Соколовского H.H., Хазана

9

В.Л., Подлубного М.С. и др. На практике системы синхронизации, синтезированные по указанному критерию, используются с упрощениями. Наиболее распространенными являются алгоритмы для бинарж квантованного сигнала, основанные на определении моментов пересечения некоторого порогового уровня сигналом с демодулятора 1 анализе статистики данного события. Появление многоразрядны: цифровых сигнальных процессоров требует изменения алгоритм! синхронизации. Многоразрядиость позволяет повысить точность синхронизации г.рк уменьшении числа отсчетов на период посылки. ( учетом этого в третьем разделе в соответствии с критерием-максимального правдоподобия синтезирована система тактовой синхронизации замкнутого типа, работающая с многоразрядными отсчетам! при их числе до двух на посылку. Синтезированы две структурны) схемы устройств оценки временного отклонения текущего момент* взятия отсчета от положения синхронизма для предложенной многоразрядной системы синхронизации.Схема оценки величины и направления отклонения позволяет сократить время вхоздеяяя в анахронизм до одного цикла измерения с усреднением. Упрощенная схем, оценки позволяет дополнительно уменьшить аппаратные затраты з. счет использования режима работы замкнутой системы по знаку от клонения от положения синхронизма при увеличении времени вхозде ния в синхронизм. Для схемы оценки величины и направления откло нения получено значение среднеквадратическон ошибки, определяю щее помехоустойчивость приема. В установившемся режиме подцержг. ния синхронизма это значение совпадает со значением ' ошибки а~ оптимальной схемы оценивания временного, сдвига радиоимпульса с случайной начальной фазой.

При коротких сеансах связи синхронизация устанавливается начале сеанса. Для этих условий предложен метод формирован« синхронизирующей последовательности, который позволяет в много пользовательских системах увеличить число идентифицируемых абс нентов при неоходимости учета следующих требований: сократгп аппаратные затраты и время вхождения в связь при заданной аож хоустойчивости и обеспечении в начале сеанса тактовой и циклов« синхронизации. Сокращение времени ахоаденкя в связь возио^нс если тактовая и цикловая синхронизации осуществляются по вызыг ной псевдослучайной последовательности (ПСП). При взаимно корр< ляционном приеме факт превышения заданного порога значение- чзе кино корреляционной функции (БКФ) означает прием вызова, а опр: деление момента максимума БКФ позволяет осуществить как тактов]

10

гак и цикловую синхронизацию. Известно, что точность синхрониза-'ия и помехоустойчивость вызова увеличиваются с ростом длины ПСП, ;сли она является последовательностью максимальной длины или родственной. В диссертации произведен обзорный анализ такого гипа последовательностей, пригодных для поставленных целей и этмечено, что с ростом длины этих ПСП число идентифицируемых 5ми абонентов увеличивается слабо. Часто длина последовательности с запасом обеспечивает необходимую помехоустойчивость приема, ю совершенно недостаточна для обслуживания заданного числа абонентов.

Для таких случаев предлагается использование в вызывной комбинации более одной последовательности из множества с известными корреляционными свойствами. Вызов фиксируется при правильном обнаружении обеих ПСП. Предложено также изменить и алгоритм синхронизации: по первой последовательности производится грубое зпределение положения синхронизма, а по второй призводится его уточнение. При этом появляется возможность сократить аппаратные затраты при заданной точности синхронизации либо при фиксированных затратах повысить точность.

Рассчитана помехоустойчивость вызова при использовании предложенного метода совмещенной синхронизации и идентификации абонента. Анализ результатов расчета показал, что при фиксированной вероятности правильного обнаружения вероятность ложного вызова сниаается при использовании пары ПСП в вызывной комбинации по сравнению со случаем одиночной вызывной ПСП. Значения вынгрыаа по аппаратным затратам и числу абонентов для конкретного случая применения метода приведены в разделе экспериментальных исследований.

В четвертом разделе приводятся результаты экспериментальных исследований. Методом имитационного моделирования исследованы структуры АЦП с селективным подавленней шума квантования. Подтверждена возможность реализации структур для преобразования полосовых сигналов с произвольной центральной частотой. Экспериментально доказана реализуемость предложенных схем АЦП, обеспечивающих устойчивую работу с малоразрлднычи квантователями при более строкой чем у известных схем полосе преобразования. Так, получены данные исследования АЦП с трех-раэрядкым квантователем, динамический диапазон которого 60 дБ в полосе преобразуемого сигнал! Г« 1/8 . Такое сооткозенке принято в качестве кзнииалыю допустимого, поскольку, как показано

II

в роботах Побережского Е.С. и Зарубинского М.Б., для минимизации уровня продуктов интермодуляции в полосе полезного сигнала необходимо условие Гл >6 F. Наилучшие из известных структур АЦП на основе ДСМ способны обеспечить указанный динамический диапазон при избыточности частоты дискретизации 18, что . в три pasa выше. Показано, что использование полосовых АЦГТ с селективным подавлением шума квантования в заданной полосе частот допускает формирование комплексного сигнала простыми техническими средствами, в том ч*:сле при f„ #nfA±i/4 fA . Результаты моделирования позволяют указать на возможность реализации с помощью предлагаемых структур АЦП требуемого в цифровых радиоприемных устройствах динамического диапазона 80 дБ и полосы пропускания 40 кГц при избыточности частоты дискретизации не более 10, тогда как известные схемы требуют избыточности не менее 32.

Методом имитационного моделирования подтверждены теоретически полученные характеристики для наиболее экономичной реализации цифрового следящего демодулятора ЧМ сигналов. Он исследован при бигармоническом модулирующем воздействии и аддитивном белом шуме с линейчатым распределением плотности вероятности энергии. Характер шума моделирует импульсные помехи. С целью выбора наилучшей схемы при данном воздействии исследованы варианты демодулятора, эквивалентные неследяцему идеальному демодулятору, следящему демодулятору на основе ФАП, а также предложенная следящая схема с простейшей цепью обратной связи в виде постоянного коэффициента. На основе исследуемой совокупности параметров' определено их сочетание, обеспечивающее минимум нелинейных искажений при заданной помехоустойчивости и наименьших аппаратных затратах. При оптимальном,выборе полосы пропускания фильтра в прямой ветви, глубины обратной связи и задержки в ней схема с постоянным .коэффициентом в обратной связи имеет порог помехоустойчивости не менее чем на 10 дБ ниже порога двух других схем при уровне собственных нелинейных искажений в отсутствие шума -80 дБ.

Произведено построение мнокества вызывных синхронизирующих последовательностей для практического применения в многопользовательской системе при коротких сеансах связи. Реализована вызывная комбинация из двух 15-элементных последовательностей Касами. Отбор последовательностей в возможных сочетаниях для обеспечения при приеме корреляционных свойств не хуже заданных производился .с применением моделирования на ЭВМ. Использование предложенной»комбинации гарантирует не более одного ложного вы-

12

зова в системе в сутки при отношении сигнал-шум 15 дБ в радиоканале. Это соотношение менее типового для многопользовательских систем (например, для цифровой сотовой телефонии - 20 дБ). Число идентифицируемых абонентов - 1863. Применение известных одиночных последовательностей позволяет обслужить это число абонентов только при длине £55 символов. Требования к производительности аппаратуры снижаются в 256 раз.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Синтезированы для НЧ сигналов структуры АЦП с подавлением шума квантования в заданной полосе частот, имеющие требуемый динамический диапазон в более широкой полосе пропускания. Произведен анализ их устойчивости и физической реализуемости. Предложен метод синтеза АЦП с подавлением шума квантования для полосовых сигналов с произвольной центральной частотой. Обоснован наилучший выбор соотношения между центральной частотой и частотой дискретизации.

2. Разработаны структуры АЦП с подавлением шума квантования, допускающие субдискретизаций. Разработана для них схема устройства выборки к храпения с расширенным динамическим диапазоном и повышенным быстродействием.

О, Прогедел анализ елилная на качество работы аналого-цифровых преобразователей с подавлением шума квантования неидеальности характеристик их узлов. Показано, что влияние нендеальности малоразрядного квантователя на качество преобразования может быть устранено, тогда как погрешности цифро-аналогового преобразователя з цепи обратной связи решающим образом сказываются на работе АЦП.

4. Разработаны аппаратно-программные средства для моделирования и исследования трактов цифровой обработки сигналов при использовании в них предлагаемых АЦП. Методом имитационного моделирования исследованы структуры АЦП. Показана возможность реализации полученных теоретически характеристик, а также установлена целесообразность использования предложенных структур АЦП в цифровых радиоприемных устройствах.

5. Синтезирован цифровой следящий демодулятор частотно-модулированных сигналов. Выведена формула его эквивалентной передаточной характеристики для общего случая, на ее основе указаны условия реализуемости и устойчивости. Аналитически исследована помехоустойчивость демодулятора при гауссовсксм модулирующем сигнале и гауссовском аддитивном шуме, методом нмитаци-

окного моделирования исследована его помехоустойчивость при би-гармоническом модулирующем воздействия и импульсных помехах. Структура демодулятора с простейшей предсказывающей цепью обрат-нон связи и такими параметрами фильтрующих цепей, при которых нелинейные продукты не превышают -80 дБ, для гауссовского модулирующего сигнала показала выигрыш в помехоустойчивости, эквивалентный выигрышу демодулятора на основе ФЛП, о для бигармоничес-кого сигнала продемонстрировала улучшение помехоустойчивости по сравнению со схемой, эквивалентной демодулятору на основе ФЛП, за счет снижения порога помехоустойчивости более чем на 10 дБ.

6. Синтезированы структурные схемы цифровых демодуляторов квадратурных сигналов систем стереовещания гектометрозого диапазона фирм Motorola и Harris. Обоснован выбор наиболее выгодных алгоритмов при реализации демодуляторов на сигнальном процессоре со встроенным умноаителем и на специализированной БИС. Исследования показали, что демодуляция в цифровом виде сигналов вещания систегы фирмы Harris ясляется существенно более простой и приспособленной для реализации па серийных сигнальных процессорах.

7. Разработан метод формирования вызывной последовательности, обеспечивающей тактозув и цикловую синхронизации, который позволяет при сокращении аппаратных затрат увеличить число идентифицируемых абонентов многопользовательской системы, работающей короткими сеансами связи. Проанализированы вероятности ложного вызова V! правильного обнаружения в случае использования предложенного метода. При фиксированной вероятности правильного обнаружения метод позволяет снизить вероятность ложного вызова.

8. Произведено построение множества вызывных синхронизирующих последовательностей для практического применения в многопользовательской системе связи. В условиях коротких сеансов связи при отношении сигнал-шум 15-20 дБ использование полученного множества позволяет при длине 32 символа идентифицировать 1868 абонентов, что по сравнению с известными способами сокращает требования к производительности аппаратуры в 256 раз.

9. В соответствии с критерием максимального правдоподобия разработан тактовый синхронизатор замкнутого типа, работающий с многоразрядными отсчетами и допускающий для принятия решения вычисление не более одного выходного отсчета на посылку, что позволяет сократить аппаратные затраты при обеспечении синхронизации по информационному сигналу во время продолжительных сеансов связи. т.

10. Синтезированы две структурные схемы устройств оценки зременного отклонения момента взятия отсчета от положения синхронизма в составе разработанного синхронизатора.Для схемы оценен величины и направления отклонения получено значение средие-«гадратичеекой ошибки, определяющее помехоустойчивость приема. В установившееся режиме поддержания синхронизма это значение совладает со значением ошибки для оптимальной схемы оценивания временного сдвига радиоимпульса со случайной начальной фазой.

ОСНОВНЫЕ РАБОТЫ, ОПУБЛИКОВАННЫЕ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Пахоменко С.З. Цифровой следящий демодулятор 4.1 сигналов/ 1мсх. гос. тех», ун-т. - Омск, 19Э4. - 23 с. - Дел в ВИНИТИ 24.03.94, N 1568-Е34.

2. Пахоменко C.B., Хвецкович Э.Е, Применение пар последовательностей Касамя для идентификации абонента о системе связи с иногостанционным доступом/ Омск, политехи, ин-т. - Омск, 1993. -10 с. - Деп. в ВИНИТИ 16.07.S3, N 2014 - В93.

3. Пахоменко C.B.,Хвецкович Э.Б. Эффективные численные алгоритмы цифровой демодуляции 4M сигналов/ Омск, политехи, ин-т. -Омск, 1983. - 11 с. - Деп. в ВИНИТИ 16.07.93, N2015-B93. .

4. Пахоменко C.B., Хвецкович Э.Б. Автоматизированное рабочее место инженера-разработчика аппаратуры цифровой обработки сигналов/ Омск, политехи, ин-т. - Омск, 1S93.- И е.- Деп. в ВИНИТИ 15.07.93, H 2000-ЕЭЗ.

5. Побережский Е.С., Пахоменко C.B., Хвецкович Э.Б. Два подхода к реализации цифровых демодуляторов 4M сигналов// Актуальные проблемы электронного приборостроения: Тр. ВторсП мездунар. науч.-техн. конф. - Новосибирск, 1.994. - Т.4.-С.87-81.

6. Зарубннский М.В., Пахоменко C.B., Хвецкович Э.Б. Лабораторный стенд для измерения параметров систем тактовой синхронизации// Радиоэлектроника и связь на слукбе качества: Тез. докл. Всосоюз. науч.-техн. конф.-Ш,¡Свердловск,1988.-С.33.

7. Поберекский Е.С., Зарубинский М.В., Пахоменко C.B. ЛкиеП-ныЯ тракт цифрового приемника магистральной связи// Цифровая обработка сигналов в системах связи и управления. Тез.докл. науч.-тсхн. конф.- Ростов Великий,1991.-С.41-42.

8. Пахоионко С';В. Комплекс на база ДВК-3 для исследования шеокоскоросткых блоков смешанной аналого-цифровой обработки сигналов// III Обл. науч.-техн. конф.; Тез. докл. - Омск,1890. - С.7.

9. Панов ö.В., Пахоменко C.B. Особенности исследования и моделирования высокоскоростных трактов цифровой обработки сигналов на персональных компьютерах// Проблемы создания аппаратуры радиосвязи и радиотехнических устройств народнохозяйственного и бытового назначения; Тез. докл. науч.-техн. конф. - Омск, 1990,-С. 25.

10. Пахоменко C.B. Интеллектуальный терминал экономичной радиосети для малонаселенных районов,// Ресурсосберегающие технологии. Проблемы высшего образования: Тез, докл. XXX науч. конф. -Омск, 1994. - С.71.

11. Пахоменко C.B. Слектросберегающий метод сокращения аппаратных затрат в системах многостанционого доступа//Ресурсосбере-гающие технологии.. Проблемы высшего образования: Тез. докл. XXX науч. конф. - Омск, 1994. - С.67.

12. Пахоменко C.B., Хвецкович Э.Б. Автоматизированное рабочее место инженера-разработчика аппаратуры цифровой обработки сигналов// Юбил. обл. науч.-техн. конф.: Тез. докл. - Омск,1992. - С. 23.

13. Пахоменко C.B., Хвецкович Э.Б. Повышение вычислительной эффективности цифрового демодулятора 4M сигналов// Юбил. обл. науч.-техн. конф.: Тез. докл. - Омск, 1992.- С.6.

14. Пахоменко C.B., Хвецкович Э.Б. Реализация помехоустойчивого демодулятора ЧТ сигналов на микропроцессоре Т38ВМ1// Юбил. обл. науч.-техн. конф.: Тез. докл. -Омск, 1992.-С.3.

15. Блок дискретизации и квантования для высококачественного ввода речевых сигналов в ПЭВМ/ М.В.Зарубинский, Э.Б.Хвецкович, Ю.В.Панов, С.В.Пахоменко// Юбил. обл. науч.-техн. конф.: Тез. докл. - Омск,1992. - С.6.

16. Программное обеспечение системы речевого оповещения на базе IBM PC/ М.Б. Зарубинский, Э.Б. Хвецкович, Ю.В. Панов, C.B. Пахоменко// Сбил. обл. науч.-техн. конф.:Тез. докл. - Омск,1992. -С.14.

17. A.c. 1689993 СССР, МКИ G И С 27/02.Устройство выборки-хранения/ С.В.Пахоменко, Э.Б.Хвецкович (СССР). - 6 с.

Все основные результаты получены автором лично. В соавторстве получены структура устройства выборки-хранения и метод применения пар последовательностей Пасами для вызова и синхронизации при коротких сеансах связи.

Редактор Г. !.í. Юшут ЛР й 020321 01 28.II.91

Подписано к печати 10.01.95. Форма? 6(kS4 2/16. Бумага писчая. Оперативный способ печати. Усл. пот. л. 1,0. Уч.-язд. л. 1,0. Тирах 100 экз. Заказ 14

Редвгашоняо-нздательевгй отдал ОмГТУ. 644050, Омск, пр-т Мира, II Типография (МТУ

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ СОКРАЩЕНИЙ

ВВЕДЕНИЕ

1. Синтез структур аналого-цифровых преобразователей с подавлением шума квантования в заданной полосе частот

1.1. Состояние вопроса

1.2. Постановка задачи, выбор модели и ее предварительный анализ

1.3. Синтез преобразователей для сигналов на нулевой частоте

1.4. Синтез преобразователей для полосовых сигналов

1.5. Вопросы реализации синтезированных структур

Актуальность темы. Цифровая радиоприемная аппаратура позволяет достичь теоретически возможного предела помехоустойчивости для любых видов сигналов. Значительное влияние на помехоустойчивость оказывают такие узлы, как аналого-цифровой преобразователь (АЦП), демодулятор и, для сигналов с цифровой модуляцией, система синхронизации. Существующие в настоящее время АЦП далеко не полностью соответствуют требованиям, предъявляемым цифровыми радиоприемными устройствами, поэтому улучшение характеристик АЦП путем схемотехнических решений актуально. Для реализации потенциальных возможностей цифровой обработки сигналов требуется создание новых алгоритмов цифровой демодуляции и синхронизации демодуляторов, которые позволили бы повысить помехоустойчивость цифровой радиоприемной аппаратуры наряду с расширением ее функциональных возможностей и повышением экономической эффективности. В связи с этим актуальна разработка новых типов цифровых демодуляторов, а также экономичных, близких к оптимальным, методов синхронизации.

Цель работы - разработка методов повышения помехоустойчивости и расширения функциональных возможностей цифровой радиоприемной аппаратуры. Для достижения поставленной цели должны быть решены следующие задачи.

1. Разработка и исследование аналого-цифровых преобразователей с подавлением шума квантования в заданной полосе частот.

2. Синтез цифрового следящего демодулятора ЧМ сигналов и анализ его помехоустойчивости.

3. Синтез цифровых демодуляторов сигналов квадратурной модуляции систем стереовещания гектометрового диапазона.

4. Разработка и исследование методов селективного вызо-, ва, совмещенного с тактовой синхронизацией при коротких сеансах связи.

5. Синтез системы тактовой синхронизации многоразрядных цифровых демодуляторов при продолжительных сеансах связи.

Методы исследования. В диссертации приведены результаты теоретических исследований, полученных с использованием методов статистической радиотехники, теории вероятности и случайных процессов, теории следящих систем, теории оптимального обнаружения и оценивания параметров, теории цифровой фильтрации и демодуляции, теории функций комплексного переменного, а также результаты экспериментальных исследований, полученные путем имитационного моделирования на ЭВМ с использованием методов вычислительной математики и программирования.

Научная новизна. Новыми являются следующие результаты диссертационной работы.

1. Разработан метод проектирования и синтезированы структуры аналого-цифровых преобразователей с подавлением шума квантования в требуемой полосе частот, обеспечивающих расширение этой полосы при произвольной центральной частоте.

2. Синтезирован цифровой следящий демодулятор ЧМ сигналов, обладающий повышенной помехоустойчивостью и линейностью характеристик, проведен анализ его помехоустойчивости.

3. Разработаны структуры цифровых демодуляторов квадратурных сигналов систем стереовещания в гектометровом диапазоне и проведен сравнительный анализ алгоритмов демодуляции применительно к типу элементной базы.

4. Предложен экономичный метод увеличения числа абонентов, идентифицируемых при селективном вызове, совмещенном с синхронизацией, в системах с короткими сеансами связи.

5. В соответствии с критерием максимального правдоподобия разработана цифровая многоразрядная система тактовой синхронизации, позволяющая снизить аппаратные затраты при синхронизации многоразрядных демодуляторов в условиях продолжительных сеансов связи.

Практическая ценность диссертационной работы заключается в следующем.

1. Предлагаемые структуры аналого-цифровых преобразователей с подавлением шума квантования в заданной полосе частот позволяют существенно расширить динамический диапазон цифровых радиоприемных устройств и увеличивают свободу выбора их промежуточных частот и частот дискретизации.

2. Синтезированный цифровой следящий демодулятор ЧМ сигналов позволяет обеспечить помехоустойчивость и качество приема, недостижимые при аналоговой обработке.

3. Разработанные структуры цифровых демодуляторов квадратурных сигналов систем стереовещания гектометрового диапазона расширяют функциональные возможности универсального вычислительного узла цифрового радиовещательного приемника. Результаты сравнительного анализа дают возможность выбирать наиболее предпочтительный алгоритм демодуляции для заданной элементной базы.

4. Предложенный метод использования вызывных синхронизирующих комбинаций при соотношениях сигнал/шум 15-20 дБ дает возможность увеличить число абонентов многопользовательской системы связи в 3,6 раза при одновременном сокращении аппаратных затрат в 16 раз.

5. Синтезированная система тактовой синхронизации позволяет достичь помехоустойчивости демодуляции цифровых сигналов, близкой к потенциальной, при малых необходимых аппаратных затратах для многоразрядной цифровой обработки.

Реализация и внедрение результатов исследования.

1. Результаты диссертационной работы использованы в НИИ радиовещательного приема и акустики им. А.С.Попова при создании цифрового приемника.

2. На приборостроительном заводе им. Козицкого при разработке цифровой сети низовой связи использованы алгоритмы синхронизации для коротких сеансов связи.

Результаты внедрения подтверждаются соответствующими актами.

Апробация работы. Основные положения работы докладывались на Второй международной науч.-техн. конференции "Актуальные проблемы электронного приборостроения" АПЭП-94(Новосибирск,1994), VIII Всесоюзной науч.-техн. конференции "Радиоэлектроника и связь на службе качества"(Мос-ква-Свердловск,1988), VIII Всесоюзной школе-семинаре (Москва, 1989), Всесоюзной науч.-техн. школе-семинаре "Цифровая обработка сигналов в системах связи и управления" (Ростов-Великий, 1991) , региональной науч.- техн. конференции "Проблемы техники и технологий XXI века" (Красноярск, 1994), Юбилейной областной науч.-техн. конференции (Омск, 1992), науч.-техн. конференции "Проблемы создания аппаратуры радиосвязи и радиоэлектроники устройств народно-хозяйственного и бытового назначения"(Омск,1990), XXVII науч.-техн.кон-. ференции проф.-преп. состава, научных работников, аспирантов (Омск,1989), XXX науч.-техн. конференции проф.-преп. состава, научных работников, аспирантов (Омск,1994).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 17 работ, в том числе авторское свидетельство на изобретение .

Структура и объем диссертации.

Работа состоит из введения, четырех разделов, заключения, списка литературы из 111 наименований и 5 приложений. Основной текст изложен на 111 страницах и иллюстрируется 35 рисунками.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Методы построения и структуры аналого-цифровых преобразователей с подавлением шума квантования в заданной полосе частот, позволяющих расширить динамический диапазон радиоприемных устройств, результаты исследования этих структур.

2. Структура цифрового следящего демодулятора ЧМ сигналов, обладающего повышенной помехоустойчивостью и линейностью характеристик, результаты его исследования.

3. Структуры цифровых демодуляторов квадратурных сигналов систем стереовещания гектометрового диапазона и результаты их сравнительного анализа, позволяющие выбирать более предпочтительный алгоритм демодуляции в зависимости от элементной базы.

4. Метод увеличения числа абонентов многопользовательской системы связи при коротких сеансах с применением вызывных последовательностей для синхронизации, а также результаты исследования метода.

5. Результаты синтеза основных узлов цифровой многоразрядной системы тактовой синхронизации, позволяющей снизить аппаратные затраты при синхронизации многоразрядных демодуляторов в условиях продолжительных сеансов связи.

4.4. Выводы к разделу 4

1. Методом имитационного моделирования исследованы структуры АЦП с подавлением шума квантования в заданной полосе частот. Показана возможность реализации структур для преобразования полосовых сигналов с произвольной центральной частотой. Продемонстрирована реализуемость предложенных схем АЦП, обеспечивающих устойчивую работу с малоразрядными квантователями при более широкой по сравнению с известными схемами полосе преобразования.

2. Показано, что использование полосовых АЦП с подавлением шума квантования в заданной полосе частот допускает формирование комплексного сигнала простыми техническими средствами, в том числе при центральной частоте, отличающейся от оптимального значения четверти частоты дискретизации. Результаты моделирования позволяют указать на возможность реализации с помощью предлагаемых структур АЦП требуемого в цифровых радиоприемных устройствах динамического диапазона и полосы пропускания.

3. Исследована наиболее экономичная реализация цифрового следящего демодулятора ЧМ сигналов методом имитационного моделирования при бигармоническом модулирующем воздействии и аддитивном белом шуме с линейчатым распределением плотности вероятности энергии. Характер шума моделирует импульсные помехи. С целью выбора наилучщей при данном воздействии исследованы схемы демодулятора, эквивалентные неследящему идеальному демодулятору, следящему демодулятору на основе ФАП и схема с простейшей цепью обратной связи в виде постоянного коэффициента. На основе исследуемой совокупности параметров определено их сочетание, обеспечивающее минимум нелинейных искажений при заданной помехоустойчивости и наименьших аппаратных затратах. При оптимальном выборе глубины обратной связи, задержки в ней, а также ширины полосы пропускания фильтра в дискриминаторе схема с постоянным коэффициентом в обратной связи показала выигрыш по сравнению с двумя другими не менее 10 дБ.

4. Произведено построение множества вызывных синхронизирующих последовательностей для практического применения в многопользовательской системе при коротких сеансах связи. Реализована длина вызывной комбинации 32 символа при возможности идентифицировать 1868 абонентов. Применение одиночной последовательности позволяет обслужить это число абонентов только при длине 255 символов. Наблюдаемое при использовании предложенного метода некоторое снижение помехоустойчивости не имело практического значения для уровней шума, с которыми система связи должна работать. Предложенный метод при указанных условиях позволяет снизить требования к производительности аппаратуры в 256 раз.

Материалы раздела 4 были опубликованы в [49,50,52,55].

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Таким образом, в данной работе получены следующие основные результаты.

1. Синтезированы для НЧ сигналов структуры АЦП с подавлением шума квантования в заданной полосе частот, имеющие требуемый динамический диапазон в более широкой полосе пропускания. Произведен анализ их устойчивости и физической реализуемости. Предложен метод синтеза АЦП с подавлением шума квантования для полосовых сигналов с произвольной центральной частотой. Обоснован наилучший выбор соотношения центральной частоты и частоты дискретизации.

2. Разработаны структуры АЦП с подавлением шума квантования, допускающие субдискретизацию. Разработана для них схема устройства выборки и хранения с расширенным динамическим диапазоном и повышенным быстродействием.

3. Проведен анализ влияния на качество работы аналого-цифровых преобразователей с подавлением шума квантования неидеальности характеристик их узлов. Показано, что влияние неидеальности малоразрядного квантователя на качество преобразования может быть устранено, тогда как погрешности цифро-аналогового преобразователя в цепи обратной связи решающим образом сказываются на работе АЦП.

4. Разработан комплекс аппаратно-программных средств для моделирования и исследования трактов цифровой обработки сигналов при использовании в них предлагаемых АЦП. Методом имитационного моделирования исследованы структуры АЦП. Показана возможность реализации полученных теоретически характеристик, а также установлена целесообразность использования предложенных структур АЦП в цифровых радиоприемных устройствах.

5. Синтезирован цифровой следящий демодулятор частотно-модулированных сигналов. Выведена формула его эквивалентной передаточной характеристики для общего случая, на ее основе указаны условия реализуемости и устойчивости. Аналитически исследована помехоустойчивость демодулятора при гауссовском модулирующем сигнале и гауссовском аддитивном шуме, а также методом имитационного моделирования исследована его помехоустойчивость при бигармоническом модулирующем воздействии и импульсных помехах. Структура демодулятора с простейшей предсказывающей цепью обратной связи и такими параметрами фильтрующих цепей, при которых нелинейные продукты не превышают -100 дБ, в случае гауссовского сигнала показала выигрыш в помехоустойчивости, эквивалентный выигрышу демодулятора . на основе ФАП, а в случае бигармонического сигнала продемонстрировала снижение порога помехоустойчивости по сравнению со схемой, эквивалентной демодулятору на основе ФАП, более чем на 10 дБ.

6. Синтезированы стуктурные схемы цифровых демодуляторов квадратурных сигналов систем стереовещания гектометро-вого диапазона фирм Motorola и Harris. Обоснован выбор наиболее выгодных алгоритмов при реализации демодуляторов на сигнальном процессоре со встроенным умножителем и на специализированной БИС. Исследования показали, что демодуляция в цифровом виде сигналов вещания системы фирмы Harris является существенно более простой и приспособленной для реализации на серийных сигнальных процессорах.

7. Разработан метод формирования вызывной последовательности, обеспечивающей тактовую и цикловую синхронизацию, который позволяет при сокращении аппаратных затрат увеличить число идентифицируемых абонентов многопользовательской системы, работающей короткими сеансами связи. Проанализированы вероятности ложного вызова и правильного обнаружения в случае использования предложенного метода. При фиксированной вероятности правильного обнаружения метод позволяет снизить вероятность ложного вызова.

8. Произведено построение множества вызывных синхронизирующих последовательностей для практического применения в многопользовательской системе связи. В условиях коротких сеансов связи при соотношении сигнал/шум 15-20 дБ использование полученного множества позволяет при длине 32 символа идентифицировать 1868 абонентов, что по сравнению с известными способами сокращает требования к производительности аппаратуры в 256 раз.

9. Разработан тактовый синхронизатор максимального правдоподобия замкнутого типа, работающий с многоразрядными отсчетами и допускающий для принятия решения вычисление не более одного выходного отсчета на посылку, что позволяет сократить аппаратные затраты при обеспечении синхронизации по информационному сигналу во время продолжительных сеансов связи.

10. Синтезированы две структурные схемы устройств оценки временного отклонения от положения синхронизма в составе синхронизатора максимального правдоподобия. Для схемы оценки величины и направления отклонения получено значение среднеквадратической ошибки, определяющее помехоустойчивость приема. В установившемся режиме поддержания синхронизма это значение совпадает со значением ошибки для оптимальной схемы оценивания временного сдвига радиоимпульса со случайной начальной фазой.

1. А.с. 530612 СССР МКИ 2 Н 04 L 7/08 Устройство поэлементной синхронизации импульсных сигналов в многолучевом канале/ В.А.Хазан, Е.С.Побережский, Н.П.Хмырова, Н.Н.Дунева (СССР). -7с.

2. А.с. 987834 СССР МКИ 3 Н 04 L 7/02 Устройство поэлементной синхронизации/ Е.С.Побережский (СССР). 5с.

3. А.с. 1146814 СССР МКИ 4 Н 04 L 7/02 Устройство поэлементной синхронизации/ Е.С.Побережский, А.Н.Бартьапев (СССР). -6с.

4. А.с. 1319301 СССР МКИ 4 Н 04 L 7/02 Устройство поэлементной синхронизации/ Е.С.Побережский, В.С.Глушков, М.В.Зарубинский (СССР). 6с.

5. А.с. 1517142 СССР МКИ 4 Н 04 L 7/02 Устройство поэлементной синхронизации/ Е.С.Побережский, М.В.Зарубинский, С.А.Долин, В.П.Рымшин, В.И.Макаров, Б.Е.Сергеев, В.Ю.Кроу (СССР). 14с.

6. А.с. 1689993 СССР МКИ 4 G И С 27/02 Устройство выборки хранения/ С.В.Пахоменко, Э.Б.Хвецкович (СССР). 6с.

7. Афанасьев Ю.А. Анализ воздействия флуктуационых шумов на ЧМ приемник со следящим фильтром//Сборник трудов ГНИИ Министерства связи СССР, 1965. Вып.3(39). - С.39-44.

8. Афанасьев Ю.А. Устойчивость ЧМ приемника со следящим фильтром в динамическом режиме// Сборник трудов ГНИИ Министерства связи СССР, 1965. Вып.2(38). - С.23-31.

9. Банкет В.Л., Дорофеев В.М. Цифровые методы в спутниковой связи. М.:Радио и связь, 1988. - 240 с.

10. Белоус А.В. Воздействие шумов на ЧМ приемник с обратной связью по частоте// Радиотехника и электроника,1970.- N 7. С.1512-1516.

11. И. Белоус А.В. О пороге ЧМ приемника с обратной связью по частоте// Радиотехника и электроника, 1970. N11. С.2400-2404.

12. Бронштейн И.Н., Семендяев К.А. Справочник по математике для инженеров и учащихся втузов. М.: Наука,1980. -976 с.

13. Быстродействующие интегральные микросхемы ЦАП и АЦП и измерение их параметров/ А.-Й. К. Марцинкявичюс, Э.-А. К. Богданскис, Р.Л. Пошюнас и др.; Под ред. А.-Й. К. Марцинкя-вичюса, Э.-А. К. Богданскиса. М.: Радио и связь,1988. -224 с.

14. Варакин Л.Е. Системы связи с шумоподобными сигналами. М.: Радио и связь, 1985. - 384 с.

15. Васильев В.И., Буркин А.Г. Свириденко В.А. Системы связи. Учеб. пособ. для вузов. М.: Высшая школа, 1987, -280 с.

16. Виницкий А.С. Модулирование фильтры и следящий прием ЧМ. М.: Советское радио, 1969. - 547 с.

17. Выбор системы стереофонического радиовещания для диапазона СВ. Аналитический обзор. Л.: ВНИИРПА. - 1989.

18. Гинзбург В.В., Каяцкас А.А. Теория синхронизации демодуляторов. М.: Связь, 1974. - 216 с.

19. Голд Б., Рейдер Ч. Цифровая обработка сигналов. -М.: Советское радио, 1973. 367 с.

20. Грошонг Р., Ручак С. Субдискретизация в цифровом радиоприемнике// Электроника, 1991. N 10. - С. 29-39.

21. Гудинаф $. Аналоговая технология: МКИС-93//Электро-ника, 1993. N15. - С. 64-71.

22. Гусятинский И.А., Марголин Ю.Н. Следящий гетеродинустройство для уменьшения порогового уровня ЧМ приемника// Электросвязь, 1973. N3. -С. 33-77.

23. Гусятинский И.А., Рыскин И.Э. Анализ помехоустойчи- , вости демодулятора с ОСЧ// Методы помехоустойчивости приема ЧМ и ФМ. М.Советское радио,1970. - С. 88-96.

24. Дорофеев В.М. Анализ систем следящего приема ЧМ сигналов // Труды НИИР, 1969. N1. - С.18-21.

25. Дорофеев В.М. Моделирование следящих систем приема ЧМ сигналов на основе ФАПЧ // Радиотехника и электроника, 1972. N2. - С.418-419.

26. Дорофеев В.М. О помехоустойчивости системы ФАП с прямым управлением// Труды НИИР, 1973. N4. - С.156-164.

27. Емельянов Г.А., Шварцман В.О. Передача дискретной информации. М.: Радио и связь, 1982. - 240 с.

28. Зарубинский М.В. Использование кварцевых фильтров при измерении линейности устройств выборки и хранения// Радиотехнические устройства пьезоэлектроники. Омск, ОмПИ, 1985. - С. 110-114.

29. Зарубинский М.В., Пахоменко С.В., Хвецкович Э.Б. Лабораторный стенд для измерения параметров систем тактовой синхронизации// Радиоэлектроника и связь на службе качества: Тез. докл. Всесоюз. научн.-техн. конференции. Москва-Свердловск, 1988. - С.33.

30. Зарубинский М.В. Синтез блока дискретизации и квантования цифрового радиоприемника / Омский политехи, ин-т.

31. Омск, 1990. 40с. - Деп. в ВИНИТИ 21.08.90., N4718-B90.

32. Зарубинский М.В., Хвецкович Э.Б., Панов Ю.В., Пахо-менко С.В. Блок дискретизации и квантования для выскокачес-твенного ввода речевых сигналов в ПЭБМ//Юбилейная областная науч.-техн. конф.: Тез. докл. Омск,1992. - С.6.

33. Игнатов Ю.Ф, Статистический анализ точности фазовой автоподстройки частоты// Радиотехника, 1968.- N2.- С.36-44.

34. Инлоу Л. Уменьшение порогового отношения сигнал/шум в ЧМ сигналах при помощи частотной обратной связи// Труды института радиоинженеров, 1962. N1. - С.35-48.

35. Капланов М.Р., Левин В.А. Автоматическая подстройка частоты. М.: Госэнергоиздат, 1962.

36. Кантор Л.Я. Методы повышения помехозащищенности приема ЧМ сигналов. М.: Связь, 1967.

37. Кантор Л.Я., Дорофеев В.М. Помехоустойчивость приема ЧМ сигналов. М.: Связь, 1977.- 336 с.

38. Кононович Л.М. Современный вещательный приемник. -М.: Радио и связь, 1986. 144 с.

39. Кульман Н.К., Стратонович Р.Л. Фазовая автоподстройка частоты и оптимальное измерение параметров узкополосного сигнала с непостоянной частотой в шуме// Радиотехника и электроника, 1964. N1. - С. 67-68.

40. Логинов В.В. Помехоустойчивость двухпетлевого следящего демодулятора ЧМ сигналов// Тр. НИИР, 1972.- N 2. -С. 34-37.

41. Лэм Г. Аналоговые и цифровые фильтры. М.: Мир, 1982. - 589 с.

42. Марголин Ю.Н. Устройство для уменьшения порогового уровня ЧМ приемника следящий гетеродин// Тр. НИИР, 1968. - N 1. - С. 49-53.

43. Марпл.-мл. С.JI. Цифровой спектральный анализ и его приложения: Пер. с англ. М.: Мир, 1990. - 584 с.

44. Немировский М.С. Цифровая передача информации в радиосвязи. М.: Связь, 1980. - 256 с.

45. Пахоменко С.В. Интеллектуальный терминал экономичной радиосети для малонаселенных районов// Ресурсосберегающие технологии. Проблемы высшего образования: Тез. докл. XXX науч. конф. Омск, 1994. - С.71.

46. Пахоменко С.В. Комплекс на базе ДВК-3 для исследования высокоскоростных блоков смешанной аналого-цифровой обработки сигналов// III Областная науч.-техн. конф.:Тез. докл. Омск, 1990.- С.7.

47. Пахоменко С.В. Спектросберегающий метод сокращения аппаратных затрат в системах многостанционого доступа// Ресурсосберегающие технологии. Проблемы высшего образования: Тез. докл. XXX науч. конф. Омск, 1994. - С.67.

48. Пахоменко С.В., Хвецкович Э.Б. Автоматизированное рабочее место инженера-разработчика аппаратуры цифровой обработки сигналов/ Омский политехи, ин-т. Омск,1993.-11 с. - Деп. в ВИНИТИ 15.07.93, N 2000-В93.

49. Пахоменко С.В., Хвецкович Э.Б. Автоматизированное рабочее место инженера-разработчика аппаратуры цифровой обработки сигналов// Юбилейная областная науч.-техн. конф.: Тез. докл. Омск, 1992. - С. 23.

50. Пахоменко С.В., Хвецкович Э.Б. Повышение вычислительной эффективности цифрового демодулятора ЧМ сигналов// Юбилейная областная науч.-техн. конф.: Тез. докл. Омск, 1992. - С.6.

51. Пахоменко С.В. Хвецкович Э.Б. Применение пар последовательностей Касами для идентификации абонента в системе связи с многостанционным доступом/ Омский политехи, ин-т. -Омск,1993. 20 с. - Деп. в ВИНИТИ 16.07.93, N 2014 - В93.

52. Пахоменко С.В., Хвецкович Э.Б. Реализация помехоустойчивого демодулятора ЧТ сигналов на микропроцессоре Т36ВМ1// Юбилейная областная науч.-техн. конф.:Тез. докл. -Омск, 1992. С.З.

53. Пахоменко С.В.,Хвецкович Э.Б. Эффективные численные алгоритмы цифровой демодуляции ЧМ сигналов/Омский политехи, ин-т. Омск, 1993, - И с. - Деп. в ВИНИТИ 16.07.93, N 2015-В93.

54. Пахоменко С.В. Цифровой следящий демодулятор ЧМ сигналов / Омский государственный техн. ун-т. Омск, 1994. - 23 с. - Деп в ВИНИТИ 24.06.94, N 1568-В94.

55. Побережский Е.С., Долин С.А. Сравнительный анализ методов реализации цифровых демодуляторов ЧТ сигналов при многоразрядном квантовании// Радиоприем и обработка сигналов: Тез. докл. шестой Всеросс. науч.-техн. конф. -Нижний Новгород, 1993. С.66-67

56. Побережский Е.С., Зарубинский М.В., Долин С.А.

57. Особенности построения цифровых гибридных систем тактовой синхронизации в высокоскоростных линиях связи// Развитие и совершенствование устройств синхронизации в системах связи: Тез. докл. Всееоюзн. науч.-техн. конф. М.: Радио и связь, 1988. - С.16-17.

58. Побережский Е.С., Зарубинский М.В., Долин С.А. Тактовая синхронизация в высокоскоростных линиях связи// Проблемы радиосвязи, стабилизации частоты и акустоэлектро-ники: Тез. докл. третьей Областной науч.-техн. конф.- Омск, 1987. С.6-7.

59. Побережский Е.С., Зарубинский М.В., Женатов Б.Д., Панов Ю.В. Проектирование многоканальных блоков дискретизации и квантования цифровых радиоприемников// Радиотехника, 1991. N8. - С.96-100.

60. Побережский Е.С., Зарубинский М.В., Панов Ю.В. Измерение характеристик блока дискретизации и квантования цифрового радиоприемника// Радиотехника, 1993. N2-3. - С. 48-54.

61. Побережский E.G., Зарубинский М.В., Пахоменко С.В. Линейный тракт цифрового приемника магистральной связи// Цифровая обработка сигналов в системах связи и управления. Тез. докл. науч.-техн. конф.- Ростов Великий,1991.-С.41-42.

62. Побережский Е.С., Зарубинский М.В. Сравнительный анализ методов дискретизации в цифровых радиоприемных устройствах //XL Всесоюз. Научная сессия НТО РЭС им.А.С.Попова: Тез. докл. 4.2. М.: Радио и связь,1984. -С 53.

63. Побережский Е.С. Анализ метода дискретизации узкополосных колебаний. Изв. вузов СССР// Радиоэлектроника, 1984. - Т.27, N3. - С.59-61.

64. Побережский Е.С. Время стробирования при аналого-цифровом преобразовании в цифровых радиоприемных устройствах// Радиотехника, 1983. N10. - С.29-32.

65. Побережский Е.С. Синтез цифровых разомкнутых устройств синхронизации// Электронная и электромагнитная техника. Омск, 1979. - С.72-76.

66. Побережский Е.С., Соколовский М.Н. Цифровые разомкнутые устройства тактовой синхронизации в приемных устройствах// Радиотехника, 1981. Т.36, N2. - С.65-68.

67. Побережский Е.С., Соколовский М.Н. Об одном дискретном распределении, часто встречающемся в радиотехнических задачах// Радиотехника, 1981. Т.24, N9.- С.65-68.

68. Побережский Е.С., Соколовский М.Н. Оцека времени достижения порога в дискретных накопителях при алгоритме "скользящего окна" Изв. вузов СССР// Радиэлектроника, 1981. - Т.24, N7. - С.84-86.

69. Побережский Е.С. Цифровые коротковолновые радиоприемные устройства// Радиотехника, 1978. Т.33, N5. -С.16-24.

70. Побережский Е.С. Цифровые радиоприемные устройства и проблема аналого-цифрового преобразования узкополосных сигналов //Радиотехника, 1984. N 3. - С.59-63.

71. Побережский Е.С. Цифровые радиоприемные устройства.- М.: Радио и связь, 1987. 184 с.

72. Рабинер JI., Гоулд Б. Теория и применение цифровой обработки сигналов: Пер. с англ./ Под ред. Ю.Н.Александрова.- М.: Мир, 1978, 848 с.

73. Радиотехнические системы передачи дискретной информации: Учеб. пособ. для вузов/ В.А.Борисов, В.В.Калмыков, Я.М.Ковальчук и др.; Под ред. В.В.Калмыкова. М.: Радио и связь, 1990. - 304 с.

74. Риджуэй Р. Метод расчета порога демодулятора с фазовой автоподстройкой частоты// ТИИЭР, 1966. N2.- С.438-439.

75. СарватеД.В., Перс ли М.Б. Взаимно корреляционные свойства псевдослучайных и родственных последовательностей/

76. ТИИЭР, 1980, Т.68, N 5. С.59-90.

77. Сверхбольшие интегральные схемы и современная обработка сигналов/ Под ред. С.Гуна, Х.УайтхаузаД.Кайлата.- М.: Радио и связь, 1989. 472 с.

78. Системы фазовой синхронизации/В.Н.Акимов, Н.Н. Бе-люстина, В.Н.Белых и др.; Под ред. В.В.Шахгильдяна и Н.Н. Белюстиной. М.: Радио и связь, 1982. - 288 с.

79. Стил Р. Принципы дельта-модуляции: Пер. с англ. /Под ред. В.В.Маркова М.: Связь, 1979. - 368 с.

80. Стиффлер Дж. Дж. Теория синхронной связи: Пер. с англ./ Под ред Э.М.Габидулина. М.: Связь, 1975. - 488 с.

81. Теория передачи сигналов: Учебник для вузов/ А.Г.Зюко, Д.Д.Кловский, М.В.Назаров, Л.М.Финк. -М.: Связь, 1980. 288 с.

82. Тихонов В.И. Влияние шумов на работу схемы фазовой автоподстройки частоты // Автоматика и телемеханика, 1959.- Т. XIX, N9. С. 1188-1196.

83. Тихонов В.И. Оптимальный прием сигналов М.: Радио и связь, 1983.- 320 с.

84. Тихонов В.И. Работа фазовой автоподстройки частоты при наличии шумов// Автоматика и телемеханика, 1960. N3.- С.301-309.

85. Финк Л.М. Теория передачи дискретных сообщений. -М.: Сов. радио, 1980. 208 с.

86. Хэррис Дж. Использование окон при гармоническом анализе методом дискретного преобразования Фурье// ТИИЭР, Январь 1978.- Том 66, N 1. С. 60-97.

87. Цифровые радиоприемные системы: Справочник/ М.И. Жодзижский, Р.Б.Мазепа, Е.П.Овсянников и др.; Под ред. М.И.Жодзижского М.: Радио и связь, 1990. - 208 с.

88. Цифровые системы фазовой синхронизации/ М.И.Жодзиж-ский, С.Ю. Сила-Новицкий, В.А.Прасолов и др.; Под ред. М.И. Жодзижского. М.: Сов. радио, 1980.- 208 с.

89. Шахгильдян В.В., Ляховкин А.А. Фазовая автоподстройка частоты. М.: Связь,1966.

90. Шляпоберский В.И. Основы техники передачи дискретных сообщений. М.: Связь, 1973. - 480 с.

91. Agarwal R.C., Burrus C.S. New recursive digital filter structure having very low sensitivity and round-off noise// IEEE Trans. Circuits Syst., Dec. 1975, Vol. CAS-22.- P.921-927.

92. Ansari R., Bede L. A class of low-noise computationally efficient recursive digital filters with applications to sampling rate alterations// IEEE Trans. Acoust., Speech, and Signal Process., 1985, Vol. ASSP-33, No 1. - P. 90-97.

93. Chaffee. The appliction of negative feedback to FM receivers//PIRE, May 1939. P.317-331.

94. Chen X., Parks T.W. Disign of FIR filters in the complex domain// IEEE Trans. Acoust., Speech, Signal Processing, Feb. 1987, Vol.ASSP-35. - P. 144-153.

95. Deczky A.G. Synthesis of recursive digital filters using the minimum p-error criterion// IEEE Trans. Audio Electroacoust., Oct. 1972, Vol. AU-20. - P. 257-263.

96. Gold R. Optimal binary sequences for spread spectrum multiplexing.- IEEE Trans. Inform. Theory, 1967, Vol. IT-13. P.619-621.

97. Gold R. Maximal recursive sequences with 3-valued recursive crosscorrelation function. IEEE Trans. Inform. Theory, 1968, Vol. IT-14. - P.154-156.

98. Gray A.H., Jr., and Markel J.D., "Digital lattice and ladder filter syntesis, "IEEE Transactions, Audio Electroacoust., 1973. Vol. AU-21. - P. 491-500.

99. Haviland G.L., Tuszynski A.A. A CORDIC arithmetic processor chip// IEEE J.Sol id-state circuits. -1980.-SC-15. -P.4-14.;IEEE Transactions Comput.-C-29(2). -1980.-P.68-79.

100. Kammeyer K. D. Realisierung einer digitalen FM -Demodulation-seinheit fur den Einsatz im UKW-Zwischen-frequenz- bereich// Frequenz. - Band 37, Heft 1. - 1983.

101. Kasami T. Weight distribution formula for some class of cyclic codes. Coordinated Science Lab., Univ. Illinois, Urbana, Tech. Rep. R-285 (AD 632574), 1966.

102. Markel J.D., Gray A.H. Linear prediction of speach. Springen-Ferlag, New York, 1982.

103. MunsonD.C., Jr, Liu B. Narrow band recursive filters with error spectrum shaping// IEEE Trans. Circuits& Systems, Feb. 1981,- Vol. CAS-28.- P.160-163.

104. Nielsen J.J. Design of linear-phase direct-form FIR digital filters with quantized coefficiens using error spectrum shaping techniques// IEEE Trans. Acoust., Speech, Signal Processing, July 1989,-Vol.37, No.7. P.1020-1026.

105. Regalia P.A., Mitra S.K., Vaidyanathan P.P.

106. Bounded complex and lossless bounded complex transfer functions and their applications. // J. Instn. Electronics^ Telecom. Engrs., 1988.- Vol.34, No.5. P.375-382.

107. Rice S.O. Noise in FM receivers// Time series analysis, ch.25, N.J. John Wiley and Sons Inc., 1963. -P.395-422.

108. Spang H.A., Ill, Schultheiss P.M. Reduction of quantizing noise by use of feedback// IRE Trans. Commun. Syst., Dec. 1962, P. 373-380.

109. Van Ginderdeuren and others. CORDIC based HiFi digital FM demodulator algorithm for compact VLSI implementation// Electronic Letters 5th December 1985. -Vol.21, N 25/26. P.1227-1229.

110. Wong P.W., Gray R.M. FIR filters with Sigma-Delta molulation encoding. // IEEE Trans, on Acoust., Speech, Signal Processing, June 1990.- Vol.38, No 6. P.979-990.

111. Побережский E.C., Пахоменко С.В., Хвецкович Э.Б. Два подхода к реализации цифровых демодуляторов ЧМ сигналов// Актуальные проблемы электронного приборостроения: Труды Второй международной науч.-техн. конференции. Новосибирск, 1994. Т.4.-С.87-91.

112. Зарубинский М.В., Хвецкович Э.Б., Панов Ю.В., Пахоменко С.В. Программное обеспечение системы речевого оповещения на базе IBM PC// Юбилейная областная науч.-техн. конф.: Тез. докл. Омск, 1992. - С.14.