автореферат диссертации по радиотехнике и связи, 05.12.17, диссертация на тему:Развитие теории и реализация выходных устройств приемников с цифровой обработкой сигналов

Московский ордена Трудового Красного Знамени технический университет связи и информатики

р Г 3 03

На правах рукописи

Тяжев Анатолий Иванович УДК 621.396.62

г г

РАЗВИТИЕ ТЕОРИИ И РЕАЛИЗАЦИЯ ВЫХОДНЫХ УСТРОЙСТВ ПРИЕМНИКОВ С ЩФРОВОЛ ОБРАБОТКОЙ СИГНАЛОВ

Специальность 05.12.1Т - Радиотехнические и телевизионные

системы и устройства

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических: наук

Москва 1993

Работа выполнена в Поволжском институте информатики, радиотехники и связи (ПШРС, г.Самара).

Официальные ошоненгы: доктор технических наук,профессор КЛОВЯСТ д.д.

доктор технических наук,профессор ТУЗОВ Г.И.

доктор технических наук,профессор ФОМИН А.Ф.

Ведущее предприятие: научно-производственное объединение "ПОЛЕТ" (г.Никний Новгород)

Защита диссертации состоится " С, " А^лЛ1993г. в н£

заседании специализированного Совета Д 118.06.01 Московской технического университета связи и информатики по адресу: 105855, Москва, ГОЛ, ул. Авиамоторная, 8а.

С диссертацией мотаэ ознакомиться в библиотеке Московскогс технического университета связи и информатики.

Автореферат разослан " 993г.

Ученый секретарь специализированного Совета кандидат технических наук, доцент

Ю.В.Лазарев

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

АКТУАЛЬНОСТЬ РАБОТЫ. Цифровая обработка сигналов (ЦОС) в последние годы все шире используется в различных областях науки и техники. Прогресс в этой области вызван достижениями в области микроэлектроники, позволившими создать вычислительные средства, обладапцие высоким быстродействием, малыми габаритами, массой и энергопотреблением. Интерес к цифровой обработке сигналов вызван тем, что на ее основе можно создать устройства с характеристиками, недостижимыми при использованию! аналоговых методов обработки сигналов. Кроме того, применение устройств с цифровой обработкой в ряде случаев оказывается более выгодным с экономической точки зрения в силу их универсальности и возможности работать в различных режимах. Сфера применения цифровой обработки непрерывно расширяется. Это радиосвязь, в том числе космическая, радио-, гидро- и звуколокация, телеметрия, анализ спектров, обнаружение сигналов на фоне помех, адаптивная коррекция каналов связи, адаптивная компенсация помех, анализ и синтез речи, радиовещание, телевидение, цифровые синтезаторы частоты, цифровые метода измерений, обработка сигналов в геологоразведке, сейсмологии, медицине и т.д.

Несмотря на множество уже решенных вопросов, в области применения ЦОС существует еще ряд проблем, которые сдерживают широкое применение цифровой обработки в приемниках сигналов различного назначения. Это ограниченное быстродействие цифровой элементной базы, ограниченные разрядность и быстродействие преобразователей аналоговых сигналов в цифровые, возникающие при ЦОС дополнительные искажения и шумы, ухудшение массогабаритных, энергетических и экономических характеристик устройств ЦОС по сравнению с аналоговыми, недостаточно разработанные теоретические проблемы синтеза элементов и устройств ЦОС с заданными качественными показателями. Эти проблемы связаны как с отсутствием подходящей элементной базы, так и со сложностью происходящих в устройствах ЦОС процессов, математическое описание которых во временной и спектральной областях оказывается гораздо более сложным, чем в аналоговых устройствах.

Далека от завершения и задача синтеза оптимальных по программным и вычислительным затратам алгоритмов цифровой обработки различных сигналов с заданными качественными показателями.

3

ЦЕЛЬЮ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ является развитие теоретических и реализационных основ дня создания новых алгоритмов работы и схемных решений, позволяющих разрабатывать приемники различного назначения с цифровой обработкой сигналов, обладающие высокими технологическими, техническими, эксплуатационными и потребительскими характеристиками.

СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ. Цифровая обработка непрерывных и дискретных сигналов как новое техническое направление сформировалось лет двадцать назад. Этому предшествовали успехи в области теории связи, микроэлектроники и вычислительной техники. Теория и применение цифровой обработки охватывают различные направления. В их развитие большой вклад внесли отечественные и зарубежные ученые. В области цифровой фильтрации и анализа спектров следует отметить работы Голда Б., Кайзера Д., Рейдера Ч., РаОинера Л., Трахтмана A.M., Оппенгейма A.B., Шафера Р., Хемминга Р.В., Каппелини В., Константинидиса А., Эмилиани П., Лернера Р., Антонью А., Гольденберга Л.М., Матшкина Б.Д., Поляка М.Н., Винограда В., Кули Д., Тьюки Д., Льюиса П. и другие.

В разработку теории и новых алгоритмов, ориентированных не цифровую обработку сигналов, значительный вклад внесли работы Котельникова В.А., Витерби Э., Финка Л.М., Звко А.Г., Кловского Д.Д., Тихонова В.И., Вейцеля В.А., Пестрякова В.Б., Цикина И.А., Банкета В.Л., Дорофеева В.М., Фомина &.Ф., Заездного A.M., Оку-нева Ю.Б., Тузова Г.И., Прохорова Ю.Н., Николаева Б.И. и другие.

В разработку теории и создание устр1ойств с цифровой обработкой сигналов значительный вклад внесли Блекман Р., Стивенсон Д., Шшош Я.З., Еодзишский Ы.И., Побэреяский Е.С., Машбиц Л.М., Ланнэ A.A., Шило В.Л., Кривошеев М.И., Цуккврман И.И., Захарчен-ко Н.В.,Швндкий В.В.,Кислкж Л.Д., Чепиков А.П., Спилкер Д. и др.

В теоретические и экспериментальные исследования цифровых устройств и систем ФАПЧ, цифровых синтезаторов частот и цифровых методов измерений большой вклад внесли работы Шахгвльдяна В.В., Ляховкина A.A., Клэппера Дк., Франкла Дк., Фомина А.Ф., Белюсти-ной Л.Н., Федосеевой В.Н., Белых В.Н., Гинзбурга В.В., Карякина В.Л., Кармалиты В.А., Соколинского В.Г. и др.

Широкое и многообразное применение цифровой обработки сигналов обусловлено тем,что она имеет ряд преимуществ перед аналоговой обработкой:

- значительно более высокую точность обработки сигналов по сложным алгоритмам;

- гибкую и оперативную перестройку алгоритмов обработки, эбеспэчивавдую как создание многорекимных устройств, так и реализацию адаптивных систем;

- высокую технологичность изготовления и автоматизацию эксплуатации устройств с ЦОС;

- высокую степень совпадения и повторяемости характеристик реализованных устройств с расчетными характеристиками;

- возможность построения развивающихся, интеллектуальных :истем, способных к реконфигурации .поиску и обнаружению неисправностей;

- большие возмокности автоматизация проектирования;

- высокая степень совпадения результатов моделирования на ЭВМ с физическим экспериментом;

- высокостабильные эксплуатационные характеристики устройств з цифровой обработкой сигналов.

Вместе с тем цифровая обработка имеет и ряд недостатков перед аналоговой обработкой:

- меньшая ширина спектра обрабатываемых сигналов;

- дополнительные погрешности, искажения и шумы.возникапцие в зигнале при аналого-цифровом и цифро-аналоговом преобразованиях;

- иногда устройства ЦОС превышают аналоговые устройства по габаритам и потребляемой мощности;

- у приемников с ЦОС меньше динамический диапазон обрабатываемых сигналов.

Указанные недостатки по мере развития микроэлектроники юстепенно утрачивают свои сдеряивапцие факторы. Кроме того, мо-шо привести ряд примеров, где цифровая обработка является безальтернативной.

В связных приемниках применение ЦОС наталкивается на проблеял как технического, так и экономического характера. Слохная по-«еховая обстановка требует применения качественных фильтров и зложных алгоритмов обработки сигналов, что вызывает необходимость применения многоразрядных и быстродействующих АЦП, ЦАП и гродессоров. Все это приводит к повышению потребляемой мощности, сложности и стоимости приемника.

Однако в последние года появляются предпосылки для техни-со-экономического обоснования применения ЦОС в приемниках. Эти грэдпосылки сводятся к следующим факторам:

- возрастает число видов излучаемых передающими станциями жгналов;

- появляются дешевые и экономичные многоразрядные и быстро-

5

действующие АЦП, ЦАП и сигнальные процессоры;

- большим спросом пользуются высококачественные музыкальные центры, включающие в себя всеволновые приемники, цифровые магнитофоны и проигрыватели, эквалайзеры и т.д.

Указанные факторы приводят к тому, что цифровая обработка в приемниках становится экономически обоснованной вследствие большого числа режимов работы.

В ТВ-приемниках цифровая обработка также перспективна, так как телевизионный сигнал удобен для цифровой обработки из-за его строчной структуры и дискретности спектра. В нашей стране и за рубежом ведутся интенсивные работы ло применению ЦОС в ТВ-приемниках.

На пути внедрения ЦОС в приемниках различного назначения возникают как общие, так и специфические вопросы. Специфические вопросы решаются путем поиска новых алгоритмов обработки и схемных решений устройств ДОС. Общиа вопросы решаются путем повышения быстродействия цифровой элементной базы с одновременным повышением ее степени'интеграции, уменьшением потребляемой мощности и стоимости.

В теоретическом плане на пути внедрения ЦОС не полностью решены вопросы компактного описания дискре газированных и квантованных сигналов. Требуется обосновать методы анализа нелинейные искажений сигналов в устройствах ЦОС, позволяющие получать аналитические выражения для их количественной оценки. В устройства! с бинарным квантованием сигналов недостаточно глубоко исследованы закономерности в построении, а также искажения сигналов,шумь и помехоустойчивость. В устройствах с многоуровневым квантованием нет единого, подхода в определении необходимой разрядное^ АЦП,ЩИ и вычислителей, параметров УВХ, допустимой нелинейносп комплектов УВХ-АЦП-ЦАЛ. Недостаточно разработаны вопросы конвейеризации обработки, а также применение транспьютерных и систолических структур для построения быстродействупцих вычислителей.

Для уменьшения программных затрат цри реализации алгоритма ЦОС плодотворными являются разработки элементов ЦОС, выполняйте одновременно несколько функций, например, частотную селекцию ] коррекцию искажений.

Из-за ограниченной разрядности вычислителей в устройства:

ЦОС возникают паразитные явления (предельные циклы, забитие сиг

нала помехой, некачественная фильтрация и т.д.). В связи с эти

актуальными являются разработки алгоритмов ЦОС, пригодные дл

реализации на вычислителях с ограниченной ра^р.дакютью.

/»

О

В литературе и патентной документации не нашли должного отражения вопросы синтеза цифровых косинусно-синусных генераторов, блоков извлечения корня, амплитудных ограничителей и других элементов ЦОС с заданными показателями гто точности обработки и экономичными по программным затратам. Нет также количественного сопоставления по качественным показателям и программным затратам различных схем цифровых детекторов непрерывных и дискретных сообщений, работающих в различных каналах. Не оценена помехоустойчивость некоторых алгоритмов цифровой обработки сигналов.

МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ. Для описания даскретизированных и квантованных сигналов с любым числом уровней квантования в диссертации используются ряда Фурье я полиномы Чебышева второго рода, а также предложена операция перестановки. Эта операция в сочетании со сверткой спектра гармошкой используется в диссертации для анализа устройств ЦОС. Для количественной оценки нелинейных искажений в устройствах ЦОС обоснован метод ординат, а для его экспериментальной проверки применялся метод ДПФ.

При определении необходимой разрядности устройств ЦОС обосновано применение детерминированных входных воздействий. Вероятностный подход применен для оценки нелинейных искажений в комплектах УВХ-АЦП-ЦАП, в описании нелинейности которых использовались полиномы Чебышева первого рода.

Для расчета коэффициентов нерекурсивных цифровых фильтров (ЦФ) с рельефной АЧХ в полосах пропускания использован метод на-«меныпих квадратов, а для рекурсивных ЦФ - метод прямого синтева j численные методы Ньютояа-Рафсона.

Для исследования механизма возникновения в высокодобротных рекурсивных ЦФ нестационарных циклов использовался модифицированный метод фазовых портретов, а также замена нелинейных разностных уравнений параметрическими.

При исследовании шумовых характеристик и помехоустойчивости устройств ЦОС использованы методы спектрального анализа, элементы корреляционной теории и теории выбросов случайных процессов.

Для сравнения помехоустойчивости различных алгоритмом oöpa-Эотки сигналов применяются коэффициенты энергетических потерь.

Для проверки теоретических результатов использовались машин-зые и физические эксперименты на вычислителе, построенном на сигнальном процессора РИНА (прототип TMS 320.10).

Для синтеза оптимальных устройств ЦОС обоснован переход от зектора показателей к скалярному показателю обобщенной стои-юоти выходных устройств приемников с ЦОС.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА РАБОТЫ. В процессе решения сформулированной в диссертации проблемы получены следующие новые научные результаты:

1. Предложен новый методический прием для анализа происходящих в устройствах ЦОС процессов, основанный на операции перестановки в сочетании со сверткой спектра гармошкой.

2. С применением вероятностного подхода разработана методика оценки нелинейных искажений сигналов, возникающих в комплекте УВХ-АЦП-ЦАП по известной дифференциальной нелинейности этого комплекта.

3. Предложен новый критерий синтеза устройств ЦОС по минимуму вычислительных затрат, равных произведению трех безразмерных величин: необходимой разрядности вычислителей, црограммных затрат и отношения частоты дискретизации к ширине спектра обрабатываемого сигнала, при котором обеспечиваются заданные показатели по точности обработки и помехоустойчивости.

4. Впервые выявлена закономерность в построении цифровых частотных детекторов' с бинарным квантованием, названная свойством парности: если в таком детекторе выходы ограничителя сигнала и тактового генератора взаимно поменять местами включения, то образуется новый детектор с необычными свойствами. На основе свойства парности разработаны новые приемы для исследования цифровых частотных детекторов с бинарным квантованием и синтезированы схемы детекторов с увеличенным диапазоном рабочих частот.

5. Предложен новый методический подход для анализа процессов в цифровых резонаторах при ограниченной разрядности операндов, основанный на применении модифицированных фазовых портретов . и замене нелинейных разностных уравнений параметрическими. Этот подход позволил синтезировать устойчивый алгоритм работы высокодобротных резонаторов на вычислителях с небольшой разрядностью.

6. Разработаны экономичные по программным затратам алгоритмы работы и основы синтеза элементов ЦОО при заданных показателях по точности обработки, а также схемы и алгоритмы работы нерекурсивных, рекурсивных и медианных цифровых фильтров, ориентиро-ваннных на реализацию в виде специализированной СБИС, не требующей программирования работы и программной памяти.

7. С использованием известных и разработанных в диссертанта новых методов анализа установлена количественная взаимосвязз между параметрами сигналов и схем детекторов, шумами квантования, искажениями, помехоустойчивостью и вычислительными затрата-

ми для большого класса цифровых детекторов модулированных и манипулировавши сигналов.

8. На основе предложенного в диссертации критерия минимума вычислительных затрат и полученных результатов исследований разработаны основы теории синтеза оптимальных выходных устройств для многорежимных приемников с ЦОС, обладающих минимальной стоимостью при заданных качественных показателях по точности обработки и помехоустойчивости.

Научная новизна полученных в диссертации результатов обусловлена:

- применением к исследованию устройств ЦОС новых методических подходов, основанных на операции перестановки, на выявленном свойстве парности и на эквивалентном замещении нелинейных цифровых элементов параметрическими;

- использованием известных и разработанных в диссертации новых методов анализа нелинейных искажений применительно к цифровым детекторам, для которых эти методы ранее не применялись;

- комплексным подходом при синтезе оптимальных устройств ЦОС в приемниках, связывающим ноше алгоритмические и схемотехнические решения с качественными показателями этих устройств через новый критерий, основанный на минимизации вычислительных затрат.

В результате проведенных исследований в диссертации на основе разработанных методов анализа и критерия оптимизации, новых /втодик расчета, схемотехнических и алгоритмических решений разработаны основы теории синтеза выходных устройств для многоре-кимных приемников с ЦОС при заданных показателях качества и превосходящие аналоговые выходные устройства по стоимостным и кассогабаритным показателям.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ ПРИМЕНЕНИЕ.

Диссертация выполнена на основе хоздоговорных и госбюджетных ШР, а также договоров о содружестве, проводимых для ряда НИИ, Ш и предприятий. Под научным руководством диссертанта в НИЛ при сафэдре радиоприемных устройств Куйбышевского элёктротехническота института связи (в 1991г. он переименован в Поволжский институт информатики, радиотехники и связи, ПИИРС) были выполнены ра-5оты по созданию выходных устройств для приемников и модемов ¡вязных радиостанций, в которых реализована цифровая обработка и базе сигнальных процессоров. Полученные в диссертации новые тучные результаты, метода расчета, рекомендации и конкретные жемотехнические решения позволили создать серию высокоэффективны устройств ЦОС и внедрить их в приемники, радиостанции и ап-

9

паратуру связи, а также в учебный процесс в ПИИРС (акты о внедрении прилагаются к диссертации).

Наиболее важные для практического применения результаты заключены в слэдущем.

1. Выявленное свойство парности цифровых частотных, детекторов (ЧД) с бинарным квантованием сигналов позволяет создавать новые цифровые ЧД с необычными свойствами и на два-три порядка увеличить диапазон их рабочих частот.

2. Предложенные (в соавторстве) цифровые демодуляторы с адаптивными характеристиками позволяют принимать сигналы в каналах с доплеровским сдвигом частоты, превышающим девиацию ЧМн-сиг-налов.

3. Предложены способы уменьшения разрядности вычислителей фильтров, основанные на замене высокодобротного рекурсивного звена несколькими низкодобротными, а также на перестановке звеньев в многокаскадных рекурсивных фильтрах.

4. Предложены способы построения вычислителей фильтров, ориентированные на реализацию в виде специализированной СБИС, не требующей программирования работы и программной памяти.

5. Предложена аппаратная реализация цифрового медианного фильтра, эффектишо подавляющего импульсные помехи.

6. Предложен способ борьбы с нестационарными явлениями в цифровых рекурсивных фильтрах с высокой добротностью. Он заключается в целенаправленном изменении коэффициентов фильтров в определенные временные такты.

Т. Разработаны экономичные по программным затратам цифровые демодуляторы различных сигналов с высокими качественными, технологическими и эксплуатационными показателями.

Результаты диссертационной работы нашли применение в разработках Нижегородского НИМ радиосвязи, Самарского отраслевого ШИ радио, Барнаульского СКВ "Восток", Московского института электроники и автоматики, ОКБ "Янтарь", ГУНГР министерства связи и рада других предприятий, а также внедрены в учебный процесс в ПИИРС, где диссертантом разработан курс лекций по углубленной подготовке студентов в области применения ЦОС в приемниках, поставлен ряд лабораторных работ, а также написана монография "Выходные устройства приемников с цифровой обработкой сигналов".

Диссертант руководит аспирантом МТУСИ, в кандидатской диссертации которого находят дальнейшее развитие полученные руководителем результаты.

Ю

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ, ВЫНОСИМЫЕ НА ЗАЩИТУ ДИССЕРТАЦИИ.

1. Критерий оптимальности для синтеза выходных устройств шогорежимных приемников с ЦОС.

2. Применение детерминированных и вероятностных методов для анализа нелинейных искажений в устройствах ЦОС.

3. Метод анализа и способы борьбы с явлениями, вызываемыми юнечной разрядностью устройств цифровой обработки сигналов.

4. Методики расчета цифровых фильтров, обладающих одновременно свойствами частотной селекции и амплитудно-частотной коррекции при малых вычислительных затратах.

5. Экономичные по программным затратам алгоритмы функционирования цифровых косинусно-синусных генераторов, блоков извлече-зия корня, амплитудных ограничителей, умножителей и делителей ?астоты.

6. Методы анализа и результаты исследований процессов и явлений в цифровых детекторах с бинарным и многоуровневым квантованием, основанные на свойстве парности, операции перестановки

а замене нелинейных разностных уравнений параметрическими.

7. Новые алгоритмические и схемотехнические решения по реализации устройств ЦОС с малыми искажениями и вычислительными затратами.

8. Основы теории синтеза оптимальных выходных устройств для яногорежимных приемников с ЦОС, имеющих минимальную стоимость зри заданных качественных показателях.

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Основные положения диссертационной работы Зыли доложены и обсуждены на следующих конференциях и семинарах:

- на Всесоюзной научно-технической конференции по проблемам синтеза частот в 1986 г.(г. Куйбышев);

- на Всесоюзных сессиях НТО РЭС им. A.C. Попова в 1985 г. и -в 1987 г.(г. Москва);

- на Всесоюзной научно-технической конференции "Проблемы передачи дискретных сообщений по каналам декаметрового диапазона" в 1989 г.(г. Куйбышев);

- на Всесоюзных научно-технических конференциях и семинарах ао цифровой обработке сигналов в 1989, 1990 и 1991 г.(г. Суздаль, г. Ростов Великий);

- на научно-техническом семинаре "Новые средства связи и перспективы их развития" в 1991 г.(г. Тольятти);

- на Межрегиональной научно-технической конференции "Цифровая обработка сигналов в системах связи и управления" в 1992 г. (г. Львов);

3-705 II

- на Всесоюзной научно-технической конференции по применению микропроцессоров в технике связи в 1992 г.(г. Воронеж);

- на ежегодных научно-технических конференциях и семинарах в IMMFC в 1981-1992 г.(г. Самара) и в МТУСИ в 1992 г.(г. Москва).

СТРУКТУРА И ОБЪЕМ РАБОТЫ. Диссертационная работа состоит из введения, шести глав, заключения и четырех приложений. Общий объем работы 488 стр., в том числе объем основного текста 286 стр., 16 таблиц.и 158 рисунков на 125 стр., список использованных источников на 18 стр., приложения на 54 стр. и оглавление на 4 стр.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность работы, дан обзор состояния вопроса, сформулированы цель и задачи исследования, перечислены метода исследований, показаны научная новизна, практическая ценность работы и основные положения, выносимые на защиту.

Глава 1 "Проблемы создания устройств цифровой обработки сигналов в приемниках"

В п.1.1 приведены назначение, классификация и разновидности вычислителей, являющихся основой устройств с цифровой обработкой сигналов, а также дана характеристика происходящих в устройствах ЦОС процессов. В п.1.2 изложены основные параметры устройств ЦОС в приемниках, характеризующих их технико-эконошческие показатели. Для сравнения различных алгоритмов ЦОС введены безразмерные показатели трех уровней обобщения.

H показателям первого уровня обобщения отнесены:

- программные затраты 1!од= Кп+ Нд, где Nn~ число шагов программы, N - число ячеек памяти данных, необходимых для реализации алгоритма ЦОС;

- отношение Q = Рд/П^, при котором алгоритм работает с заданными показателями качества по точности обработки сигнала, где F - частота дискретизации, Пс- ширина спектра обрабатываемого сигнала.

К показателям второго уровня обобщения отнесены вычислительные затраты на реализацию алгоритма Эд- Q Нод при дискретной обработке' сигналов без учета разрядности операндов и вычислителе».

К показателям третьего уровня обобщения отнесены вычислительные затраты при цифровой обработке Эц= р Эд= р О Нпд, где р - необходимая разрядность операндов и вычислителей, при которой обеспечиваются заданные показатели качества по точности обработки.

В п.1.3 изложены проблемы и противоречия, возникающие при разработке и построении устройств ЦОС в приемниках. К таким проблемам относятся:

1. Выбор элементной базы и архитектуры вычислителя, обладающего необходимым быстродействием, памятью и разрядностью при приемлемых габаритах, массе и энергопотреблении.

2. Обоснование минимально необходимой разрядности АЦП, ЦДЛ и вычислителей при заданных показателях качества устройств ЦОС.

3. Поиск мер по снижению разрядности, необходимого быстродействия, энергопотребления, стоимостных и массогзбаритных показателей устройств ЦОС.

В п.1.4 изложены теоретические проблемы анализа и синтеза устройств ЦОС для приемников. В устройствах ЦОС одновременно имеют место такие явления, как дискретизация, квантование, задержка, нелинейные эффекты, размножение и наложение спектров, наличие обратных связей в цепях со сложной конфигурацией и т.д.

Классическое описание спектра даскретизированных сигналов в виде бесконечного ряда громоздко и неудобно для анализа и математических преобразований. Во временной области сигналы в устройствах ЦОС в общем случав описываются рекуррентными нелинейно-параметрическими разностными уравнениями. Анализ этих уравно ний также сопряжен с большими математическими трудностями.

В литературе по цифровой обработке сигналов мало внимания уделено вопросам структурной оптимизации алгоритмов, когда уменьшение программных и вычислительных затрат достигается за счет общего и многократного использования элементов ЦОС в разных блоках обработки, за счет обоснованного упрощения алгоритмов обработки сигналов и т.д.

Важными являются также экономические проблемы. Еще не выработан экономический критерий синтеза пт™мэл:.пих у^^т^в цос для приемников. Трудности этого вопроса рассмотрены в п.1.5. Нет еще готового ответа на вопрос - : каких типах приемников и с каким количеством режимов работы цифровая обработка окаькянпт^л технически и экономичесш оправданной.

Нет однозначности в выборе критерия оптимальности при разработке выходных устройств приемников с ЦОС. При заданных качест-

венных показателях для одних приемников важнейшей является стоимость, для других - массогабаритные показатели, для третьих -надежность и т.д.

Необходимо корректно обосновать критерий оптимальности и при этом свести до минимума субъективный фактор.

В п.1.6 сформулированы задачи, вытекающие из вышеизложенных проблем и подлежащие исследованию в диссертации.

Глава 2 "Метода анализа и синтеза устройств ЦОС в приемниках"

В п.2.1.1 рассмотрены способы описания даскретизированных и квантованных сигналов и дана их сравнительная характеристика.

На основе видоизмененной формулы Котельникова-Найквиста для спектра даскретазированного сигнала обосновано описание сигналов в устройствах ЦОС в непрерывном времени. Для этого введены понятия приведенный спектр и оператор свертки спектра гармошкой, учитывающий неидеальности устройств выборки-хранения (УВХ).

При цифровой обработке важнейшим является участок спектра, находящийся в низкочастотном интервале от нуля до 0,5 в тригонометрическом базисе или от - 0,5 Рд до 0,5 ?д в экспоненциальном базисе, где - частота дискретизации. Указанный участок спектра уникален и полностью описывает спектр сигнала на выходе УВХ и АЦП. Этот участок назван приведенным спектром. Он равен сумме участков исходного спектра S(í) шириной 0,5 Рд, умноженных на весовую функцию

sine (К % tQ FJ = sin (И тс t„ ÍJ/0L % t í J п в д 1 п в д' п в д

и перенесенных по определенному правилу в низкочастотный интервал. Здесь tB- длительность выборки в УВХ, Кп - номер гармоники сигнала выборки, осуществляющей перенос участка исходного спектра в приведенный спектр.

Преобразование исходного спектра в приведенный названс сверткой спектра гармошкой и обозначается операторами Р^ или Р0. Для пересчета частот исходного спектра ш в частоты П приведенного спектра предложены следующие удобные для ЭВМ выражения:

- дл« тригонометрического базиса Рг

П = Рд arc cos(cos ш Тд)

- для экспоненциального базиса Р„

П = 2 Гд arc tg(tg 0,5 иТд), где Тд=1/?д- период дискретизации.

14

Приведенный спектр на выходе следящего УВХ определяете ;л выражения

Snc(Q) = sine (0,5 t^) P^sinc (КД1С yy, СКм», где t - длительность хранения сигнала в JBX

S(u) - исходный спектр на входе УВХ, целое число Кп определяется из неравенства 0,5 < Кп< Г/Рд+ 0,5. Для интегриру-пцего УВХ выражение для :п.иведенного спектра имеет вид Sm(n) = sine (0,5 ы tB> Snc(0)

Если на выходе УВХ включить идеальный ФОТ с частотой среза 0,5 Рд, то на его выходе получил непрерывный сигнал, спектр которого совпадает с приведенным спектром на выходе УВХ.

Таким образом, используя .триведенный спектр, можно описывать даскретизированные сигналы в непрерывном времени.

В п.2.1.2 получены выражения для амплитуд ¿ка гармони*-, чи выходе квантователя с любым числом уровней квантования s s прм 'joJux порогах квантования х{, симметричных относительно ьачь.~2 яоордгаат: о.5<,-1>

при нечетном s А^- £ vpy ,

t=i

о.5(з-г)

при четном s А^ [sta *-§- + 2 £ Vk(x^] ,

(=1

где Vk(x{) - полп:омы Чебышева второго рода.

В п.2.2 для анализа происходящих в устройствах ЦОС процессов предложен методический прием, названный операцией перестановки и обоснованы условия его применения. Суть этой операции состоит в гам, что в схеме анализируемого устройства ЦОС, состоящего из каскадного соединения нескольких элементов, осуществляется перестановка местами двух элементов так, чтобы результат преобразования от этой перестановки не изменился. В диссертации показано, что в аналоговых, дискретных и безынерционных параметрических цепях операция перестановки применима, если переставляемые элементы независимы, т.е. развязаны между собой. В устройствах ЦОС это условие всегда выполняется.

В нелинейных безынерционных цегои с нелинейностями вида It(x) и Г£(х) операция перестановки применима, если выполняется равенство t^t^z)) = Г, (i?{x)).

В паре безынерционной параметрической и нелинейной цепи операция перестановки применима, если выполняется равенство Г(К х) = К Г(х),

где К - коэффициент передачи безынерционной параметрической цепи.

1/2 4-705

В диссертации приведены характерные зависимости ^(х), Г2(х), Г(х) и К названных цепей, при которых применима операция перестановки. Например, для электронного переключателя, у которого

К Функция 1(х) должна Сыть нечетной. Операция перестановки

позволила решить ряд задач анализа и синтеза устройств ЦОС.

В п.2.3 рассмотрены методы анализа нелинейных искажений сигналов в устройствах ЦОС. Для этого предложено использовать метод ординат, применявшийся ранее для аналоговых устройств, а также метод ДПФ. Эти метода развиты на случай входного воздействия в виде суммы двух гармонических колебаний, ' когда определяются не только высшие гармоники, но и продукты нелинейности второго и третьего порядка. Из сравнения этих методов следует, что метод ДПФ пригоден для анализа нелинейностей с помощью ЭВМ, а метод ординат позволяет получить аналитические зависимости для коэффициентов гармоник. Эти зависимости необходимы для синтеза устройств ЦОС с заданными качественными показателями.

Для количественной.оценки нелинейных искажений, возникающих в комплекте УВХ-АЦП-ЩП, предложен вероятностный подход, позволивший установить верхнюю границу для коэффициентов нелинейных искажений по дифференциальной нелинейности этого комплекта.

В п.2.4 обоснован критерий оптимальности для синтеза зыход-ных устройств в многорежимннх приемниках с ЦОС. На рис.1 приведены зависимости стоимости аналоговых С0 и цифровых Сц выходных устройств в многорежимных приемниках от числа режимов работы Нц.

с1

V

/I / \

гад*—^

Рис. 2

Рис. I

Их можно аппроксимировать линейными зависимостями

. V »с °,а '

V «о СЩ + Со» 16

где Со~ начальная стоимость цифрового устройства,

С1а, С - средние приращения стоимости аналогового и цифрового устройств для одного режима работы. Так как цифровые устройства универсальны и способны обрабатывать разные виды сигналов, поэтому выполняется неравенстве С1а> С1ц. Решив систему уравнений, получим число Мс1= Со/(С1а- С1ц), выше которого применение устройств ЦОС в многорежимных приемниках становится экономически оправданным. Из выражения для N01 видны также пути расширения области применения цифровой обработки в приемниках: число N уменьшается при снижении величин CQ и С1ц. С величиной CQ связаны необходимые быстродействие и разрядность устройств ЦОС, а с величиной С связаны программные затраты Нпд = Nn+ Нд. Следовательно, для уменьшения стоимости Сц = CQ + N0 С)ц необходимо разработать такие алгоритмы ЦОС, которые при заданных показателях по точности обработки и помехоустойчивости требовали бы наименьших программных затрат, быстродействия и разрядности. Требования к быстродействию вычислителей уменьшаются при уменьшении частоты дискретизации У , а с ней линейно связано отношение Q = Г/П . Но вычислительные затраты Э = р Q N содержат д с ц пд

три сомножителя, каждый из которых нужно уменьшать для снижения стоимости С . Тогда оптимизационная задача обеспечения Сц = min сводится к оптимизационной задаче обеспечения Эц = min.

Зависимость массы и габаритов устройств ЦОС от числа Нс примерно такая же, как зависимость Сц на рис. 1. Поэтому оптимизация устройств ЦОС по стоимости минимизирует не только стоимость, но и массогабаритные показатели устройств ЦОС.

Глава 3 "Выходные устройства приемников с бинарным квантованием сигналов"

В п.3.1 дана характеристика вычислителей с числом двоичных разрядов р = 1. Бинарное или двухуровневое квантование сигналов осуществляется с помощью компаратора или огрвничителя мгновенных значений сигнала. Бинарные квантователи гораздо проще в изготовлении и дешевле многоразрядных АЦП, у них также гораздо выше диапазон рабочих частот. Но бинарному квантованию могут подвергаться только сигналы с угловой модуляцией и манипуляцией, поэтому вычислители с р = 1 не являются универсальными.

В п.3.2 выявлено свойство парности цифровых застотных детекторов (ЧД) с бинарным квантованием сигналов, построенных по схеме: ограничитель - цифровой узел с ГТИ - ФНЧ (рис.2). Выходное

5-705 17

напряжение у этих ЧД зависит от частоты сигнала i и от частоты ГТИ iT. Поэтому, если в таком ЧД выходы ограничителя и ГТК взаимно поменять местами включения, как показано пунктиром на рис.2, то образуется новый, парный исходному цифровой ЧИ. по принципу работы не имеющий прототипов среди аналоговых детекторов и обладающий на два порядка более высоким диапазоном рабочих частот.

Для уменьшения шумов квантования в цифровых ЧД первой группы, по алгоритму работы являющихся прототипами аналоговых ЧД, должно выполняться условие fT» Гс. Детекторные характеристики этих ЧД при указанном условии описываются выражениями:

- для автокорреляционного ЦЧД

V = -!- arc cos (cos 2ic f N /f ) ,

1с — ct

- для ЧД на цифровом одновибраторе

v = v0fcM/fT , f0<v«.

- для ЧД на системе ЦФАПЧ

V = V M (Г IL - tj/t , Г / M < Г < f (М+1)/(ММ ),

О Д С О Т'Г'Т о с т д х0 д''

где V - постоянное напряжение на выходе ЧД»

VQ - амплитуда импульсов на входе ФНЧ,

H - число D-триггэров в регистре сдвига,

М, Ы0, Мд - коэффициенты деления делителей частоты.

Из этих выражений следует, что рабочие участки детекторных характеристик у цифровых ЧД первой группы линейны (1,2,3 в табл.1).

У цифровых ЧД второй группы (4,5 и 6 в табл.1) детекторные характеристики при Гт « I описываются аналогичными выражениями, в которых частоты 1 и f взаимно меняются местами, что следует из свойства парности. Поэтому рабочие участки детекторных характеристик у цифровых ЧД второй группы являются отрезками гипербол. Из-за деления частоты сигнала в двух цифровых ЧД второй группы (4 и 6 в табл. 1) ухудшаются динамические свойства, которые характеризуются относительным коэффициентом передачи Y (fi). Для этих ЧД получена зависимость Y(0) при гармонической частотной модуляции а a+ß

Y(fi) = --- Ti——- f cos a cfctld 6 = aine2 a ,

2 a Af J1 2 a J д J

д -a ß-a

где a = 0.5 ic i Мо/ДГд , F - частота модуляции,

АГц - девиация частоты, переменная a $ ß учитывает произвольное

начало интегрирования в интервале ± а.

В п.3.3 при исследовании переходных процессов, возникающих при скачках частоты сигнала, установлено, что в автокорреляцион-

ном ЦЧД переходные процессы сопровождаются дроблениями с суммарной длительностью т , определяемой по формулам

2Г

16 *„ 2Г

V

16 Г„ (г„

*н>

при

при

— нечетном

я

четном

где Г,

н'

Гд - нижняя и верхняя границы

н

скачка частоты, выполнении условия *,/*„ =

Из этих формул следует, что при величина т2 = 0, т.е. дробления отсутствуют. Поэтому частотнома-нипулированный сигнал с отношением частот = 2 назван оп-

тимальным для автокорреляционного приема.'

Из-за конечного соотношения между частотами Г0 и

Гт в цифро-

вых ЧД возникают шумы квантования со спектральной плотностью при приеме ЧМ-сигнала и биения при приеме немо-

Зн -

Г /24 г; о т

дулированной несущей. В табл.1 сведены формулы для расчета величин и в различных цифровых ЧД с бинарным квантованием сигналов.

Таблица 1

я п/п Тип цифрового частотного детектора Квадрат среднеквадратичного напряжения шумов квантования Частота биений Амплитуда биений

1. ЧД на цифровом одновиб-раторе Г; п Г/12 о ш о т Г Го/2*т

2. Автокорреляционный цифровой чц V* П Г/6 Т1 о ш о т г о н/гг1 Т О о о т

3. ЧД на системе ВДАПЧ V? О, Г„/12 Г: о ш о т г Гт V,, Г/2Г О О т

4. ЧД с делителем частоты сигнала Г: П • Г /12 Г; о ш т о г Г° Гт ~ ТГ" V Г_/2Г от о

5. ЧЦ на регистре, управляемом сигналом V? а, 1/6 г* Ш Т О 2Гт~ Л10ЖТ\\ ото

б. ЧД на системе ЦСЧ Г: п г /12 о ш т о ** ^т1 V X /21 от о

Примечание. Символ [ ] означает целую часть. Из табл.1 видно, что в цифровых ЧД первой группы (1,2,3) шу-

мы квантования убывают с ростом отношёния Хт/Го> где IQ - средняя частота ЧМ-сигнала, а в парных им цифровых ЧД второй группы (4,5,6) - возрастают.

При исследовании в п.3.5 помехоустойчивости цифровых ЧД с бинарным квантованием установлено, что помехоустойчивость автокорреляционного 1Щ наибольшая при приеме оптимального ЧМн-сиг-нала с отношением частот ij/ig- 2. При ij/fH-»- 1 прием сопряжен с энергетическим проигрышем в 1,6 раза. В ЧД на регистре, управляемым сигналом энергетический проигрыш составляет 1,45 раза по сравнению с оптимальным некогерентным при.емом ЧМн-сигналов. В ЧД на системе ИШ1Ч вероятность ошибки минимальна при отношении девиации частоты к полосе'удержания ЦФАПЧ 0,25 - 0,3 и при IT » tQ практически совпадает с оптимальным некогерентным приемом ЧМн-сигнала.

В п.З.б проведено сопоставление цифровых ЧД с бинарным квантованием по вычислительным затратам Эц = р Q N^.. В качестве заданного показателя по точности обработки выбран относительный уровень амплитуды биений b = V6/VM на выходе ЧД, так как нелинейные искажения пренебрежимо малы. Минимально возможные вычислительные затраты определяются по формулам:

- в автокорреляционном ВДД э = 50/ (Ъ2 В (1+®)),

- в ЧД на системе ЩаПЧ первого порядка Эцз = 5(logg(5/ffl) - loggb + 6)/(b(1+ffi)),

- в ЧД на регистре, управляемом сигналом Эт = k2/(b3 Ф(1+Ф)),

Цо

где 9 ~ индекс 4M, k = Гт/Гв - отношение частоты ГТИ к частоте модуляции. При b = 10"г, Ш = 2 и к = 4 получим соответственно Э„,=83333, Э, = 2500, Э, = 2666666, т.е. величина Э„ = min в ЧД

Ц| Це: „ Цо Ц

на системе ЦФАПЧ. Этот ЧД к тому же облагает наибольшей помехоустойчивостью и поэтому является оптимальным для реализации в устройствах ЦОС с бинарным квантованием.

Глава 4 "Основы синтеза и реализация элементов ЦОС с малыми вычислительными затратами"

В этой и последующих главах диссертации исследуются устройства ЦОС с многоуровневым квантованием (р>1), в которых может быть реализована частотная фильтрация и обработка сигналов с любым видом модуляции.

В п.4.1 разработаны пути уменьшения вычислительных затрат в элементах ЦОС, к которым относятся фильтры, генераторы, преобра-

зователи Гильберта, блоки извлечения корня, амплитудные ограничители, умножители и делители частоты, цифровые линии задержки и т.д. Эти элементы являются составными частями алгоритмов ЦОС.

Входящее в выражение для вычислительных затрат Эц= р 0 отношение О = Рд/П0 зависит от алгоритма ЦОС и на этапе выбора элементов еще неизвестно. Поэтому для минимизации величины Эц необходимо синтезировать элементы ЦОС с минимальными программными затратами N и требущие наименьшей разрядности операндов р.

В п.4.2 на основе метода наименьших квадратов разработана методика расчета нерекурсивных цифровых фильтров (Цф) с рельефной АЧХ в полосе пропускания. С помощью таких фильтров решаются сразу две задачи: фильтруются помехи и компенсируются амплитудно-частотные искажения сигнала, поэтому их применение приводит к уменьшению программных затрат И^.

В п.4.3 на основе метода прямого синтеза разработана методика расчета одноконтурных и двухконтурных рекурсивных ЦФ с заданной АЧХ и обладающих минимальными программными затратами.Здесь же с применением численного метода Ньютона-Рафсона разработана методика расчета цепочки из нескольких низкодобротных цифровых резонаторов (ЦР), заменяющих один высокодобротный резонатор. Такая замена позволяет путем незначительного увеличения программных затрат уменьшить необходимую разрядность вычислителей.

В п.4.4 исследованы нестационарные циклы в высокодобротных ЦР, возникающие из-за ограниченной разрядности вычислителей. Для исследования этих процессов были применены модифицирование фазовые портреты и замена нелинейных рекуррентных разностных уравнений параметрическими. В результате был вскрыт механизм возникновения в высокодобротных ЦР нестационарных циклов и разработан алгоритм работы ЦР, работающий устойчиво на вычислителях с небольшой разрядностью. Он заключается в целенаправленном изменении коэффициента резонатора в те временные, такты, когда операнды в элементах задержки ЦР одинаковы.

В п.4.5 рассмотрены различные варианты построения цифровых управляемых косинусно-синусных генераторов (УКСГ): на базе ЦР без потерь, на базе связанных цифровых интеграторов \ВД) и на базе генератора пилы (ГП). На базе связанных ЦИ предложен и защищен авторскими свидетельствами алгоритм работы УКСГ с высокой чистотой спектра формируемых колебаний без амплитудной и фазовой погрешности и не требующий установки начальных условий-

В этом алгоритме на очередном п+1-ом такте формируются косинусное с(п+1), вспомогательные у(п+1), у'(п+1) и синусное

колебание з (п+1 ) по формулам в приведенной последовательности с(п+1) = с(п) - А(п) у* (п); у(п+1) = у' (п) + А(п) с(п+1);

а(п+1) = ^ И - j Аг(п)1"1/г; з(п+1) = a (n+1 НУ(п)+у(п+1 )1;

у1 (п+1)= |А(п+1 )с(п+1 )+slgnts(n+l )]{[1А^-сг(п+1 )П1-А (п+1)П1/?

где А(п) ,А(п+1) - коэффициент, задающий частоту F колебаний на

рл А

предыдущем и очередном тактах, Fr= ^ arcsln Аг-заданная амплитуда формируемых колебаний. Недостатком этого УКСГ являются большие программные затраты при вычислениях о(п+1) и у'(п+1).

При умеренных требованиях к спектральной чистоте формируемых колебаний более экономичным по программным затратам является УКСГ на базе ГП, формирующий квадратурные колебания по формулам: 2(пИ ) = z(n) + afl(n) при z(n) + &n(n) $ jî

z(n+1) = z(n) + afl(n) - 2Ы при z(n) + an(n) > M z (n+1) = z(n+1) + 0,5M при z(n+1) + 0,5M ^ M гф(п+1) = z(n+1) - 1,5M при z(n+1) + 0,5M > M x(n+1) = |z(n+1)l- 0,5M; s (п+1 ) = Пх(п+1 ) 1 ; x^Oi+1) = Iz^n+DI- 0.5Ы; с(п+1) = flx^n+l)],

где an= 2M Рр/Рд - коэффициент, задающий частоту УКСГ Fp,

M - модуль суммирования, обычно M = 1, fix] -нелинейная функция,

преобразующая треугольное колебание в квазигармоническое.

При синтезе функции ГШ применены полиномы Чебышева первого

-In Y.

рода Tm(x) нечетных степеней m > к ' где Yk = ~

- заданное ослабление амплитуды•к-ой гармоники А^ в спектре УКСГ по отношению к амплитуде первой гармоники Аг, к = 3,5,7....обычно к=3. Искомая функция îtxl = ArTm(qx), где q = | cos ■ Для уменьшения программных затрат функция Г[xi представляется в скобочной форме.

В п.4.6 разработаны экономичные по программным затратам алгоритмы работы блоков извлечения корня и амплитудных ограничителей. В этих алгоритмах используется представление функций y=sqr(x) и y=AQ/sqr(x) степенными полиномами на небольшом отрезке изменения аргумента и условные переходы для расширения диапазона изменения аргумента х.

В п.4.7 рассмотрены различные алгоритмы работы умножителей и делителей частоты колебаний в устройствах ЦОС. Показано, что алгебраические умножители и делители частоты более экономичны по программным затратам, но применимы лшь тогда, когда исходные колебания формируются с помощью ГП. В других случаях применяются тригонометрические умножители и делители частоты.

22

В п.4.8, 4.9 и 4.10 разработаны и защищены авторскими свидетельствами способы построения нерекурсивных, рекурсивных и медианных фильтров на специализированных СБИС, не требующих программирования и программной памяти. Так как в этих фильтрах величина Ид= 0, поэтому они обладают малыми программными затратами

В п.4.11 проведена сравнительная оценка программных затрат Нодв различных элементах ЦОС, представленных в табл. 2.

Таблица 2

Программные затраты на реализацию различных элементов ЦОС

Наименование элементов ЦОС «п Усредненное значение N „ од

Рекурсивные ЦФ с числом (4-8)Яг (ЮМб)!^ 20

биквадратных звеньев Н2

То же без программной 10 я. 0 10 й.

памяти

Нерекурсивные ЦФ порядка N 2(11+1) (1"3)И 4Н + 2

То же без программной 2(И+1) 0 2(И+1)

памяти

Рекурсивные ФР с числом (3-4)Н, (6-10)1^ 12 Я,

всепропускахщих звеньев Н1

Нерекурсивные ПГ порядка N 2(И+1) (1-ЗЖ 4Н + 2

Блоки y=sqг(x),представлен- Я +3 (3-5)q 5q + 3

ные полиномом степени я

То же с к условными д1+3+к (3-5)q,+к Бд^ 2к + 3

переходами (Ч, < ч)

Амплитудные ограничители q + 5 (3-5 ^ + 4 5q + 9

без ФР или ПГ

То же с к условными q1+5+к (3-5^,+ 5q1+ 2к + 9

переходами q) + к + 4

УКСГ на базе ЦР без потерь Я + 9 (4-8+ 8q + 28

+ (16-20)

УКСГ на базе ГП ^ = т) д + 9 (4-8)q + 4 8q + 13

Алгебраические умножители я + 3 (3-5^ + 5 5я + 8

и делители частоты

Тригонометрические умножи- 1ов к+3 (3-4)1о^к 4 1о^к + 3

тели частоты в к раз без ФР

Тригонометрические делители к + q +3 (3-4 )К + 4к +. бq + 3

частоты в 2К раз без ФР(ПГ) + (4-8^

Цифровая линия задержки N (1-2 Ж 2Н

на N элементах ф

В п.4.12 и 4.13 получены формулы для расчета необходимой разрядности АЦП РАШ1 и вычислителей р в цифровых фильтрах по заданным качественным показателям фильтров

Радп > 1о®г ^^ . • Р > *АЦП + 1 + loSa КрМако ' У 3(7 - 1)

где К^ - пикфактор сигнала, Ад - ослабление фильтров в полосе заграждения, 7 - коэффициент, показывающий, во сколько раз отношение сигнал-шум на выходе аналогового фильтра превышает такое отношение на выходе ЦФ, Крмакс - максимальный коэффициент передачи рекурсивного звена в ЦФ.

Для уменьшения разрядности вычислителей предложено использовать каскадное соединение низкодобротных рекурсивных звеньев (при этом К_„_„_ уменьшается), а также операцию перестановки не-

рМоКО

рекурсивных и рекурсивных звеньев в ЦФ.

В п.4.14 показано, что без УВХ максимальная частота преобразования в АЦП поразрядного кодирования определяется по формуле

W < W^ a™ - -7-Г^ '

где hop - усредненное приращение уровня сигнала, t ^ время преобразования в АЦП, А - амплитуда входного сигнала. Обычно величину hcp задают равной шагу квантования АЦП.

Колебания с частотами выше Гмакр будут преобразовываться в АЦП без УВХ с увеличенным шагом квантования, что эквивалентно уменьшению разрядности АЦП. Расчеты по этой формуле показывают, что применение АЦП без УВХ приводит к существенному снижению диапазона рабочих частот преобразуемых сигналов. Из проведеного анализа работы АЦП с УВХ следует, что изменение уровня запомненного в УВХ сигнала за время хранения t не должно превышать кванта напряжения АЦП.

Глава 5 "Теоретические основы синтеза оптимальных цифровых детекторов непрерывных сообщений"

В п.5.1 сформулирована постановка задачи исследования. Из литературы известны различные алгоритмы работы цифровых детекторов АМ-сигналов, сигналов БАМ, ОБП, НАМ, а также сигналов с угловой модуляцией ФМ и ЧМ. Однако в ней не нашли должного отражения вопросы синтеза алгоритмов работы цифровых детекторов этих сигналов по минимуму вычислительных затрат при заданных показа-

24

телях по точности обработки и помехоустойчивости. Этим вопросам посвящена глава 5.

В п.5.2 и 5.3 исследованы цифровые амплитудные детекторы (АД), приведенные на рис.3. С применением операции перестановки в наиболее экономичном по программным затратам цифровом АД с блоком ABS (рис.3.а) вскрыт механизм возникновения паразитной амплитудной модуляции и получена зависимость ее глубины Мц от отношения mf = Рд/То, где PQ - частота несущей АМ-сигнала в приведенном спектре. Эта зависимость приведена на рис.4 и служит количественной мерой точности воспроизводимых сообщений. В другах. детекторах в качестве такой мэры используется коэффициент нелинейных искажений по второй гармонике Кгг, так как в цифровых АД коэффициент по третьей гармонике Кг3 « Кг2.

В квадратичном АД (рис.3".б)-коэффициент Кг2 велик и определяется по формуле Кг2= 0,25 ш (1 - s2)/(1 - е,), где ш - глубина AM, е1, е2 - неравномерности АЧХ ЦФНЧ на частотах П и 2П соответственно. В АД на рис.3.в коэффициент Кг2 определен методом ординат

К = ^Уако * \мн ~ ^о) акс ~ Квш)

где Амакс= /(1+m)2 - 2m(61- А0= /TTT^¡ ,

У(1 - т)2 + 2111(8,- ~ т вг) . Аналогичные выражения для Кг2

ia основе метода ординат получены для всех цифровых АД.построен-шх по квадратурным схемам (рис.3.г,д,е,ж). Эти выражения связи-¡ают коэффициент Кг£ с параметрами элементов схем детекторов ЦФНЧ,ПГ,ФР) и глубиной модуляции АМ-сигнала. Для несинхронного задратурного АД (рис.З.д) на ПГ с фазовой погрешностью ксэф-ициент Кг2 определяется по формуле

к I + üiaBl!ia(| Еф) - 1

гг 2 ш cos(i еф)

Для синхронного АД с ПЦФ (рис.З.е)

к _ ш Y_

кг2---

/1 + 2 Т соз <pf + Y2

це Y -относительный коэффициент передачи ПЦФ на частоте боковой «-сигнала в приведенном спектре, <pf- фазовый сдвиг ПЦФ на ч

эте боковой.

abs

ЦФНЧ

ТУ

ЦФНЧ

Т

- ЦФНЧ SOB

I [*|щя

S

цзш

ПЭД

ПГ1

тщ

1614-12 -108 6 ■■ 4 •2 --

t

sor

1

О

пг + зон

пг

1_£

к®д П

ПИФ

УКСГ

РИС. 3

+

0 1 г 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

I'm 5. 4

в

m

Для синхронного АД с УКСГ и ПГ (рис.3.ж)

К 2 = G А е f Г-!_±_Ш- + --1

гг зг L о aj L(2 _ тс с AQ(1 + т))г (2 - х С AQ(1 - m))aJ

где С - коэффициент передачи пропорциональной ветви пропорцио-на льно-интегрирующего фильтра (ПИФ), еА - амплитудная погрешность ПГ на частоте боковой АЫ-сигнала.

Результаты машинного моделирования методом ДПФ подтвердили высокое совпадение теоретических и экспериментальных зависимостей Кр2 от параметров АД и АМ-сигнала.

Заданные показатели качества по точности обработки можно получить в различных схемах цифровых АД за счет разных вычислительных затрат. В п.5.3 проведено сравнение цифровых АД по вычислительным затратам Эд = Q N . Необходимая разрядность вычислителя р для всех АД одинакова и определяется требованиями к цифровым фильтрам основной селекции. Для вычисления программных затрат Код были использованы приведенные в табл.2 выражения для альтернативных элементов ЦОС с К^ = min. Для цифрового АД с блоком ABS величина Э = 40 niflH2, где mf1- определяется из гра-рика на рис.4 при Мп $ мпзад , Rg - число биквадратных звеньев з ЦФНЧ. Для АД на рис.3.в величина Эда= 2(Hn-i-t хго^+бя^к+З), где Кп - коэффициент прямоугольности ЦФНЧ. Для АД на рис.З.д величина Эд3= 2KnI,(4N-t-5q1+k+9), где Кпг - коэффициент широкопо-лосности ПГ. Для синхронного АД с ПЦФ (рис.З.е) вычислительные затраты Эдд= 2Knr(20Ra+4N1+4H2+T), где N, ,N2 - порядок ПГ1 и ПГ2. Для синхронного АД с УКСГ (рис.3.ж) Эд5= 2Knr(4N+8q^30). Расчеты tro этим фзрмулам показывают, что при исходных данных ш = 0.9, Мп= 2%, Кр2= 2% и PQ= J Рд оптимальным по вычислительным затратам является синхронный АД с УКСГ на базе ГП.

В п.5.4 рассмотрены цифровые детекторы сигналов БАМ, ОБП и KAM, построенные по различным схемам, а в п.5.5 оценены их вычислительные затраты. В этих детекторах нелинейные искажения не возникают, поэтому в качестве меры точности воспроизводимых сообщений использована величина b = YB</Y¡14 ~ отношение мешаюпда высокочастотных компонент к полезной низкочастотной компоненте сигнала на выходах детекторов. Полученные формулы для расчета Эд и проведенные по ним расчеты показывают, что при Ь=1СГ? Кп=1.5, Knr=í.25 и Fq= ~ Рд для детектирования сигналов ВАМ и ОБП'оптимальными являются квадратурные схемы с ПГ на входе. Для детектирования сигналов KAM выбор оптимальной схемы определяется шириной спектра модулирующих сообщений: при узкополосных сообщениях оптимальной является квадратурная схема с ПГ на входе и без ЦФНЧ

на выходах, а при широкополосных сообщениях - схема без ПГ на входе, но с ЦФНЧ на выходах.

В п.5.6 исследованы цифровые детекторы $М и ЧМ-сигналов, схемы которых приведены на рис.5. У большинства из них рабочие участки детекторных характеристик являются отрезками синусоиды. Для линеаризации детекторных характеристик (ДХ) предложено нелинейное функциональное преобразование выходного сигнала в сочетании с амплитудным ограничением входного сигнала. Для уменьшения программных затрат в автокорреляционном квадратурном детекторе ЧМ-сигналов предложено использовать общие элементы задержки двух преобразователей Гильберта.

В п.5.7 оценены'вычислительные затраты Эд= Q Иод в цифровых ФД и ЧД. В качестве заданного показателя качества по точности обработки использованы коэффициенты b = Убч/Унч и КГ3.В этих детекторах из-за симметричности ДХ коэффициент Кг2-»- 0, а коэффициент Кгз определяется по формуле, следующей из метода ординат

Кгз = °'51-\ако ~ 2У,^Накс + V' *макс = í(Sln V' Y( = I (sin 0,5фм>, <рм- используемый раствор ДХ в радианах, при

котором нелинейные искажения меньше допустимых,!(х) - функциональное преобразование для линеаризации ДХ.

При отсутствии линеаризации ДХ коэффициент Кгз определяется по формуле Кгз = (cos 0,5<ры - 1 )/(2 cos 0,5фм + 1).

Сопоставление цифровых ФД на рис.5.а,б по величине Эд при линеаризации ДХ показало, что при исходных величинах Ъ = 10 "2 и Нгз=1% квадратурный ФД предпочтительнее,так как у него Эд=т1п.

В цифровых ЧД на рис.5.г,д,е,ж минимально возможное отношение в квазистатическом режиме Q = тс/<рм , где раствор ДХ фм < § определяется заданной величиной Кг3. Вычислительные затраты без линеаризации ДХ при ti=I0~2 и Кг3= IS в указанных ЧЦ составляют соответственно: Эд1=387, Эд2=3б0, Эд3=391 и Эд4=564.

Линеаризация ДХ в ЧД на рис.5.г,е не приводит к уменьшению вычислительных затрат, а в квадратурных схемах ЧД на рис.5.д,ж при линеаризации ДХ затраты Эд уменьшаются соответственно на 5 и 40 процентов.

Глава 6 "Теория и расчет цифровых демодуляторов манипулиро-ванных сигналов"

В этой главе рассмотрены цифровые демодуляторы амплитуднома-нипулированных (АМн) и фазоманипулированных сигналов различной кратности (ОЗМн-1, ОФМн-2), частотноманипулированных (ЧМн) сигналов, сигналов двухканальной частотной манипуляции (ДЧМн) и сиг-

28

ЦФНЧ

пг

ЦОГ

ксг

Н1Ь

X + f1

[ПЦФ1 ¡-»[щдГ

ПЦФ2

ЦАД2

И

-1

Т

г,"1 7Г1 Г,"1 X щнч

ПГ1

с

ПГ2

-sin noTg д

-1 -О-

соз П Т о з

11

НЕЪ

Рис. 5 29

налов минимальной частотной манипуляции двух видов (МЧМ-1.МЧМ-2).

Рассмотренные в п.6.1 цифровые демодуляторы АМн-сигналов содержат выполненные по схеме рис.5.а,б амплитудный детектор,блок вычисления порога и вычитающее устройство. Для вычисления порога используется устройство усреднения, вычисляющее постоянную сос-тавлявдую сигнала на выходе АД.

В п.6.2 рассмотрены цифровые демодуляторы сигналов СШн-1 и ОЗМн-2, построенные по квадратурным схемам и реализующие когерентный, оптимальный некогерентный и автокорреляционный прием, а также цифровые демодуляторы многочастотных сигналов ОФМн с ортогональными поднесущими. Для последних демодуляторов получена аналитическая зависимость коэффициента энергетических потерь, возникающих из-за доплеровского сдвига несущих парциальных каналов

r, a In | ,2 Л, sin | ,2-, P-d-alna) ,

2 m=i 2

где a = 2Fc^/TTp - нормированный к разносу частот Fp парциальных каналов доплеровский сдвиг частоты несущих на величину F „.

. сд

Из анализа этого выражения следует, что при FCfl> ¿ Г нормальный прием в многочастотном демодуляторе ОЗМн-сигнала Невозможен даже при отсутствии помех. При использовании в демодуляторе системы ФАПЧ для отслеживания доплеровского сдвига частоты F коэффициент энергетических потерь = cos а_,

СД с с

где аг= 2ic(FCfl -Рсдх)/Ту, ГСд-РСдт;- разность доплеровского сдвига частоты на двух соседних посылках., Fy - полоса удержания системы ФАПЧ.

В п.б.З рассмотрены вопросы минимизации вычислительных затрат Эц = р Q Кпд в цифровых демодуляторах сигналов АМн и ОФМн. В демодуляторах АМн-сигналов устройство усреднения может быть реализовано по нерекурсивной, рекурсивной и комбинированной схемам. Из полученных формул для величины следует, что Эц = min в демодуляторе АМн-сигнала с устройством усреднения, выложенном по рекурсивной схеме. Для приема сигналов ОФМн-1 и ОФМн-2 минимальными вычислительными затратами обладают цифровые демодуляторы, реализующие оптимальный некогерентный прием.

В п.6.4 и п.6.5 для приема ЧМн-сигналов предложены (в соавторстве) два цифровых демодулятора: автокорреляционный квадратурный и на системе ЦФАТТЧ второго порядка. При этом автокорреляционный квадратурный демодулятор позволяет сформировать необходимую ДХ при Любых значениях характеристических частот ЧМн-сиг-нала, и дммодулятор на системе ЩАПЧ работоспособен в каналах с доплеровским сдвигом частоты, превышающим девиацию ЧМн-оигнала.

В п.6.6 для приема ЧМн-сигнала с отношением характеристических частот 1п/1п = 2, являющегося разновидностью сигнала минимальной частотной манипуляции (МЧМ-1) предложены:

- демодулятор с синхронизацией выборок, работоспособный при предельно низкой частоте дискретизации Рд = 2РМ, где Рм - частота манипуляции;

- когерентный демодулятор сигнала МЧМ-1 с блоком синхронизации, работающий по выборкам из сигнала.

В п.6.7 для оценки помехоустойчивости цифровых демодуляторов различных сигналов получены выражения для коэффициентов энергетических потерь, учитывающих возникающие в цифровых демодуляторах шумы квантования, дискретизацию,неидеальность синхронизации, а также отличие алгоритмов работы демодуляторов от оптимальных.

В п.6.8 установлена аналитическая взаимосвязь между вычислительными затратами и параметрами демодуляторов, сигналов и вносимыми в посылки преобладаниями. В результате установлено, что при преобладаниях в 5% минимальными вычислительными затратами обладают демодуляторы ЧЫн и ДЧМн-сигналов фильтрового типа, а для приема сигнала МЧМ-1 - демодулятор с синхронизацией выборок. Однако этот демодулятор имеет энергетические . потери б дБ по сравнению с автокорреляционным демодулятором и к тому же требует дополнительных аппаратных затрат. Некогерентный демодулятор сигналов МЧМ-2 по сравнением с когерентным демодулятором также имеет энергетические потери б - 7 дБ, поэтому сопоставление их по вычислительным затратам некорректно.

В п.б.9 рассмотрена реализация выходных устройств приемников на сигнальных процессорах, приведена и описана функциональная схема вычислителя на.сигнальном процессоре РИНА (прототип Ж 320.10), на котором проводились экспериментальные исследования. Здесь не разработан и описан алгоритм синтеза выходных устройств многорежимных приемников с ЦОС, основанный на предложенном в п.2.4 критерии оптимизации по минимуму вычислительных затрат и полученных в последующих разделах диссертации результатах.

В ПРИЛОЖЕНИИ 1 приведены описание и программы расчета на ЭВМ коэффициентов нерекурсивных цифровых фильтров с рельефной АЧХ в полосе пропускания.

В ПРИЛОЖЕНИЯХ 2 и 3 приведены программы работы выходного устройства многорежимного приемника в режимах приема сигналов ФРМ-2 и МЧМ-2, реализованного на сигнальном процессоре РИ-НА(таззго.ю).

Б ПРИЛОЖЕНИИ 4 приведены документы о внедрении и использовании результатов диссертационной работы.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Основной результат диссертационной работы состоит в том, что на базе предложенного критерия оптимизации по минимуму вычислительных затрат и полученных теоретических результатов разработаны основы теорш синтеза выходных устройств для многорежимных приемников с ЦОС, обладающих уменьшенными стоимостными и массо-габаритными показателями по сравнению с аналоговыми устройствами при заданной точности обработки сигналов и помехоустойчивости.

В процессе решения этой задачи были получены следующие научно-практические результаты:

1. Для исследования устройств ЦОС предложена операция перестановки и сформулированы условия ее применения. Эта операция позволила развить теорию дискретизированных и квантованных сигналов и решить ряд задач анализа и синтеза устройств ЦОС.

2. Для количественной оценки нелинейных искажений в устройствах ЦОС предложено использовать метод ординат, применявшийся ранее только для аналоговых устройств. В результате удалось получить аналитические выражения, связывающие нелинейные искажения с параметрами сигналов и цифровых детекторов. Для оценки нелинейных искажений, возникающих в комплекте УВХ-АВД-ЦАЛ, предложен вероятностный подход, позволивший связать нелинейные искажения с дифференциальной нелинейностью комплекта. Полученные выражения явились базой для синтеза устройств ЦОС с заданными показателями по точности обработки Сигналов.

3. Предложен и обоснован критерий для синтеза оптимальных выходных устройств ЦОС для многорежимных приемников. В основе критерия лежит минимизация обобщенного показателя эффективности алгоритмов обработки сигналов, названного вычислительными затратами и равного произведению трех безразмерных величин: необходимой разрядности вычислителей, программных затрат на реализацию алгоритма и отношения частоты дискретизации к ширине спектра обрабатываемых сигналов, при которых обеспечивается заданная точность обработки.

4. Выявлено свойство парности цифровых частотных детекторов с бинарным квантованием сигналов, состоящих из последовательно соединенных узлов: ограничитель - цифровой узел с ГТИ - ФОТ. Если в таком детекторе выхода ограничителя и ГТИ взаимно поменять местами включения, то образуется новый, парный исходному детектор, по принципу работы не имеющий прототипов среди аналоговых детекторов и обладающий на два-три порядка более высоким диапазоном рабочих частот.

5. По результатам анализа переходных процессов, возникающих в цифровых частотных детекторах при скачках частоты, синтезирован оптимальный по помехоустойчивости ЧМн-сигнал, являющийся разновидностью сигналов с минимальной частотной модуляцией. Показано, что-помехоустойчивость синтезированного сигнала при автокорреляционном приеме такая же, как у сигнала ОШн. Определены оптимальные параметры демодулятора ЧМн-сигнала на системе ЦФАПЧ, при которых помехоустойчивость этого демодулятора наибольшая. Этот демодулятор обладает наименьшими вычислительными затратами и поэтому является оптимальным для реализации.

6. Разработана методика расчета параметров устройств ЦОС с многоуровневым квантованием: необходимой разрядности АЦП, ЦАП, вычислителей и параметров УВХ, обеспечивающих необходимые качественные показатели цифровых фильтров и детекторов, а также предложены способы уменьшения необходимой разрядности вычислителей за счет незначительного увеличения программных затрат.

7. Предложены схемы и разработаны программы работы рекурсивных, нерекурсивных и медианных фильтров, пригодных для реализации в виде специализированной СБИС. Такая СБИС не нуждается в программировании и программной памяти, в ней реализуются конвейерные и систолические вычислительные структуры.

8. С применением метода наименьших квадратов разработана методика расчета нерекурсивных ЦФ с рельефной АЧХ в полосе пропускания. Эти фильтры одновременно осуществляют частотную селекцию и компенсацию амплитудно-частотных искажений, поэтому приводят к экономии программных и вычислительных затрат. По методу прямого синтеза разработана методика расчета одноконтурных и цвухконтурных рекурсивных ЦФ с заданной АЧХ и обладающих минимальными программными затратами. Разработаны также новые алгоритмы работы блоков извлечения корня, амплитудных ограничителей, умножителей и делителей частоты с заданными показателями по точности обработки и уменьшенными на 15 - 20 % программными затратами по сравнению с известными алгоритмами.

9. Для анализа нелинейных эффектов, возникающих в высокодобротных цифровых резонаторах из-за ошибок усечения, предложен методический прием, использующий замену нелинейных разностных уравнений параметрическими, а также модифицированный аппарат фазовых портретов. Этот прием позволил раскрыть механизм возникновения в высокодобротных цифровых резонаторах нестационарных циклов и разработать алгоритм, устойчиво работающий на вычислителях с небольшой разрядностью.

10. На базе цифрового резонатора без потерь предложены и защищены авторскими свидетельствами два способа формирования квадратурных. колебаний без амплитудной и фазовой погрешности и с высокой чистотой спектра формируемых гармонических колебаний. Разработан также экономичный по программным затратам алгоритм работы управляемого косинусно-синусного генератора на базе генэ-ратора пилы и создана методика расчета параметров этого генератора с заданными показателями по спектральной чистоте и амплитуде формируемых колебаний.

11. С применением операции перестановки раскрыт механи?м возникновения паразитной амплитудной модуляции в цифровом амплитудном детекторе с блоком ABS и установлена зависимость глубины этой модуляции от отношения частоты дискретизации к частоте несущей в приведенном спектре. С применением метода ординат установлены аналитические зависимости между коэффициентами гармоник и параметрами цифровых детекторов AM, Ш и ЧМ-сигналов. Эти зависимости позволили связать точность обработки сигналов о вычислительными затратами различных алгоритмов обработки.

12. Для линеаризации детекторных характеристик в цифровых детекторах ФМ и ЧМ-сигналов предложено использовать нелинейное функциональное преобразование с одновременным применением амплитудного ограничения входных сигналов. Показано, что в квадратурных детекторах эта линеаризация приводит к уменьшению на 20-305S вычислительных затрат.

13. Установлено, что квадратурное схемы в большинства случаев обладают наименьшими вычислительными затратами и поэтому оптимальны для реализации в устройствах ЦОС. Они работают при наименьшем отношении частоты дискретизации к ширине спектра обрабатываемых сигналов, в .них меньше нелинейные искажения, а также программные затраты за счет совмещения в одном узле нескольких функций: преобразование Гильберта и задержка, фильтрация и фазо-расщепление, одновременное использование элементов задержки для различных узлов. При квадратурной обработке проще осуществлять децимацию и интерполяцию, отпадает необходимость в фильтрах нижних частот на выходах первмнокителей для устранения высокочастотных пульсаций и т.д.

14. Количественно определены энергетические потери в цифровых демодуляторах многочастотных сигналов ОШн, возникающие от дошюровского сдвига несущих парциальных каналов. Предложены (в соавторстве) цифровые демодуляторы МЧМ и ЧМн-сигнзлов с адаптивными характеристиками, работоспособные в каналах с доплеровским сдвигом частоты, превышающим девиа!дао частоты чти сигналов.

34

Результаты диссертационной работы внедрены и использованы в следующих предприятиях и организациях:

- в Нижегородском НИИ радиосвязи материалы диссертации внедрены в разработках "Череда","Чистотел","Риск" и "Зажим" по созданию многорежимных модемов с ЦОС для связных радиостанций, работающих в каналах с эффектом Доплера. Экономический эффект от внедрения результатов работы только в одну ОКР составил 192 тыс. рублей в год по ценам до 1990 года;

- в Самарском отраслевом НИИ радио материалы диссертации использованы в НИР "Проект" и ОКР "Переключение", посвященных разработке многоканальной аппаратуры с цифровой обработкой сигналов и цифровым переключением каналов в системах с частотным уплотнением каналов, а также в ОКР по разработке высокоскоростных модемов для радиоканалов со сложной помеховой обстановкой и многолучевостью;

- в Московском институте электроники и автоматики по материалам диссертации созданы цифровые полосовые фильтры с малым наклоном ФЧХ, реализованные на однокристалльных сигнальных процессорах КМ 1813 ВЕ1 (Ренате);

- в ОКБ "Янтарь" (г. Самара) материалы диссертации использованы в ОКР "Сегмент", посвященной разработке многоканальных приемников с цифровой обработкой сигналов, синтезированных на основе теории оптимальной нелинейной фильтрации;

- в СКВ "Восток" (г. Барнаул) в рамках договора о передаче научно-технических достижений были переданы методики расчета параметров цифровых демодуляторов с оптимальными программными затратами и пакет программ для расчета на ЭВМ узлов этих демодуляторов ;'

- в рамках госбюджетного финансирования по заказу министерства связи в 1991 году под руководством автора диссертации выполнена НИР, посвященная повышению динамического диапазона приемников с цифровой обработкой сигналов;

- в Поволжском институте информатики, радиотехники и связи автором поставлено б лабораторных работ по теме диссертации, разработан и читается студентам раздел по цифровой обработке в курсе "Проектирование и техническая эксплуатация радиоприемных устройств", внедрен в учебный процесс программно-технический комплекс для исследования в реальном времени устройств ЦОС, внедрены в курсовое и дипломное проектирование методики и црог-раммы расчета на ЭВМ различных элементов ЦОС.

35

Материалы диссертации применены также в разработках ряда предприятия и организаций, использующих публикации автора в открытой печати и отчеты по хоздоговорным НИР, выполненным с участием и под научным руководством автора на кафедре радиоприемных устройств ПИИРС в 1979 - 1992 годах.

ПУБЛИКАЦИИ. По материалам диссертации имеется 42 публикации, з том числе 1 монография и 7 авторских свидетельств на изобретения. Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

1. Тяжев А.И. Выходные устройства приемников с цифровой обработкой сигналов.-Самара: Самарский университет. 1992.- 276 с.

2.'Тяжев А.И. Автокорреляционный цифровой частотный детектор // В сб.: Радиотехнические системы и устройства. Труды учебных институтов связи.-Л.: ЛЭИС, 1979. -С.10-15.

3. Рында А.И.,Тяжев А.И..Спиридонов H.A. Демодуляторы сигналов ЧТ на цифровых кольцах ФАП // Электросвязь.'-1979. N 10. -С.52-56.

4. Тяхев А.И. Алгоритм вычисления на ЭВМ данных для диагностики неисправностей цифровых устройств //В сб.: Системы и средства передачи информации по каналам связи. Труды учебных институтов связи. -Л.: ЛЭИС,1979.-С.27-33.

5. Тяжев А.И. Частотные детекторы на основе цифровых фазовых систем автоподстройки частоты // Радиотехника.-1980,N2. -С.43-46.

6. Тяжев А.И. О помехоустойчивости автокорреляционного цифрового демодулятора сигналов 41' // Радиотехника.-1980.M10.-С.5-9.

7. Тяжев А.И. Частотные детекторы на регистре, управляемом сигналом// Техника средств связи: серия ТРС.1981, вып.2.-С.70-77.

8. Рында А.И.,Тяжев А.И., Спиридонов H.A. О помехоустойчивости демодуляторов ЧТ на цифровых кольцах ФАПЧ / Ред. курн. Электросвязь.-М. ,1983.-15 с. Депонир. в п/я А-1420, ТТЭ,- сер. ЭР.

9. Тяжев А.И. Формирователи ЧМ-сигналов на основе цифровых фазовых систем автоподстройки частоты // Радиотехника.-1984,N6. -С.31-33.

10. Тяжев А.И.,Замский В.М. Определение разрядности АЦП.ПАП и регистров в вычислителях цифровых фильтров // Техника средств связи: серия ТРС.-1935, вып.9.-С.49-54.

36

11. Тяжев А.И. Построение модема сигналов Я,РЗ,Рб и Т9 на цифровой системе ФАЛ // Радиотехника.-1986,N1.-С.20-22.

12. Тяжев А.И. Свойство парности цифровых частотных детекторов // В сб.: Современные методы анализа и синтеза систем и устройств связи-. Труды учебных институтов связи.-Л.: ЛЭИС. 1986. -С.47-52.

13. Иванова В.Г.,Тяжев А.И. Реализация алгоритмов цифрового амплитудного детектирования / Ред. курн. Радиотехника.-М.,1986. -24 с. Депонир. в ЦНГИ "Информсвязь*,,БУ,1987.N5.-C.134.

14. Тяжев А.И. Цифровое формирование и детектирование сигналов с угловой модуляцией и манипуляцией П Радиотехника.-! 987,N7. -С.45-48.

15. Иванова В.Т., Тяжев А.И. Реализация алгоритмов цифрового амплитудного детектирования // Радиотехника.-1987,N8.-С/82-83.

, 16. Тяжев А.И. Расчет двухконтурных цифровых полосовых фильтров // Радиотехника.-198Т,N9.-с.80-82.

17. Рында А.И., Тяжев А.И. Нелинейные искажения при аналого-цифровом преобразовании гармонического сигнала // В сб.: Теория и устройства передачи информации по каналам связи. Труды учебных институтов связи.-Л.: ЛЭИС,1987.-С.78-84.

18. Акчурин Э.А., Тяжев А.И., Замский В.Ы. Управляемые по 1астоте цифровые косинусно-синусные генераторы // Техника зредств связи: серия СТРС.-1987.-С.47-51.

19. Акчурин Э.А., Иванова В.Г., Тякев А.И. Алгоритмы цифро-зой обработки сигналов в микропроцессорном выходном устройстве ¡вязного радиоприемника // В сб.: Тезисы докладов Всесоюзной на-гчной сессии НТО РЭС им. А.С. Попова,' ч.2.-М.: 1987.-С.47-48.

20. Тяжев А.И. Спектры квантованного и дискретизированного юриодических сигналов // Радиотехника.-1989,N4.-0.60-63.

21. Тяжев А.И., Акчурин Э.А., Глотов А.М., Козьяков Е.В. . [остроение цифровых фильтров //. Радиотехника.-1989,N9.-С.90-93.

22. Тяжев А.И. Искажения сигналов в АЦП с различными уст-юйствами выборки-хранения и без них // В сб.: Тезисы докладов ¡сесоюзной научно-технической конференции по цифровой обработке игналов.- Суздаль:1989.-С.73.

23. Тяжев А.И. Расчет рекурсивного цифрового фильтра второго орядка // Радиотехника.-1990,N4.-С.94-96.

24. Тяжев А.И. Борьба с предельными циклами в рекурсивных ифровых фильтрах // Радиотехника.-1990.N10.-C.34-37.

25. Тяжев А.И., Царева А.Г. Расчет нерекурсивных цифровых ильтров // Радиотехника.-1991,N4.-0.42-47.

37

26. Тякев А.И. Применение метода ординат для расчета нелинейных искажений в цифровых амплитудных и частотных детекторах .// В сб.: Тезисы докладов научно-технической конференции Цифровая обработка сигналов в системах связи и управления.- Ростов Великий:1991.-С.35-35.

27. Тяжев А.И. Искажения сигналов в аналого-цифровых преобразователях // В сб.: Элементы и устройства систем связи. Научные труда учебных заведений связи.-I.: ЛЭИС,I99).-С.80-86.

28. Тяжев А.И. Расчет нерекурсивных цифровых фильтров с плоской и неравномерной АЧХ // Электросвязь.-1991 ,К10.-0.43-45.

29. Тяжев А.И. Реализация цифровых генераторов на сигнальных процессорах // В сб.: Тезисы Межрегиональной научно-технической конференции Цифровая обработка сигналов в системах связи и управления.- Львов:1992.-С.62-63.

30. Тяжев А.И., Глотов A.M., Козьяков Е.В. Вариант построения цифровых фильтров на БИС // В сб.: Системы передачи и обработки сигналов. Научные труда учебных заведений связи.-Л.:ЛЭИС, 1991.-С.46-52.

31. Тяжев А.И. Расчет нерекурсивных ЦФ с аппроксимацией АЧХ полиномом второго порядка / Ред. журн. Электросвязь, -м., 1991. -12 с. Депонир. в ЦНГИ "Информсвязь",Я 1891.

32. Тяжев А.И. Расчет нерекурсивных ЦФ с аппроксимацией АЧХ полиномом второго порядка // Электросвязь.-1992,N3.-0.10-11.

33. Тяжев А.И. Построение умножителей и делителей частоты в устройствах с цифровой обработкой сигналов // В сб.: Тезисы докладов научно-технической конференции Пути повышения помехоустойчивости систем и средств связи.- Воронеж.1992.-С.84-85.

34. Тяжев А.И. Применение операций перестановки и свертки спектра для исследования устройств цифровой обработки сигналов // Радиотехника.-1992,N12.-С.73-76.

35. A.c. 768000 (СССР), МКИ H04L 27/14. Устройство для приема частотно-манипулированных сигналов / Рында А.И.,Тяжев А.И., Спиридонов H.A.- Опубл. 30.09.80, Бюл. N36.- 4 с.

36. A.c. 1254982 (СССР), МКИ НОЗВ 27/00. Способ формирована синусно-косинусной пары напряжений / Тяжев А.И.- ппубл.12.07.84, Бюл. N27.- 3 с.

37. A.c. 1425850 (СССР), МКИ Н04В 1/10. Устройство защиты о' импульсных помех / Акчурин Э.А., Тяжев А.И,- Опубл. 23.09.88, Бюл. N35.- 3 с.

38. A.c. 1608780 (СССР), МКИ НОЗВ 27/00. Способ формирована синусно-косинусной пары напряжений / Тяжев А.И.- Опубл.23.11.90

38

39. A.c. 1631553 (СССР), МКИ G06F 15/353. Специализированный процессор для цифровой фильтрации / Тяжей A.M., Глотов A.M., Козьяков Е.В., Замский В.М.- Опубл. 28.02.91, Бюл. N8. - 6 с.

40. А. с. 1656663 (СССР), МКИ НОЗД 3/06. Амплитудно-частотный детектор-/ Тяжев А.И., Глотов A.M., Козьяков Е.В. - Опубл. 15.06.91, Бюл. Н22. - 2 с.

41. А. с. 1679600 (СССР), МКИ НОЗС 3/02. Формирователь сигналов с угловой модуляцией / Тяжев А.И. - Опубл. 23.09.91, Бюл. N35. - 4 с.

42. Заявка N 5015895/09 (062240) с приор, от 11.07.91. Положит. реш. пат. эксперт, от 24.06.92. Устройство восстановления несущих / Тяжев А.И., Глотов A.M. - 4 с.

Корректор Регеиий О.Л. Подписано к печати 8.02.93г.Формат 60x84/16 Оперативная печать. Объем 2,5 п.л. Тираж ЮО экз. Заказ № 705

СП "Самвен" г. Самара, ул. Венцека, 60.

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА I "ПРОБЛЕМЫ СОЗДАНИЯ УСТРОЙСТВ Ц№РОВСМ ОБРАБОТКИ

СИГНАЛОВ В ПРИЕМНИКАХ".

1.1. Назначение и классификация вычислителей в приемниках с ЦОС.

1.2. Основные параметры устройств ЦОС в приемниках

1.3. Противоречия при построении устройств ЦОС в приемниках.

1.4. Теоретические проблемы анализа и синтеза устройств

ЦОС в приемниках.

1.5. Трудности выбора критериев оптимальности при разработке устройств ЦОС в приемниках

1.6. Задачи исследования

ГЛАВА 2 "МЕТОДЫ АНАЛИЗА И СИНТЕЗА УСТРОЙСТВ ЦОС В

ПРИЕМНИКАХ".

2.1. Способы описания дискретизированных и квантованных сигналов и их сравнительная характеристика

2.1.1. Приведенный спектр дискретизированных сигналов

2.1.2. Спектр квантованного гармонического сигнала с любым числом уровней квантования

2.2. Операция перестановки и условия ее применения при исследовании устройств ЦОС

2.3. Методы анализа нелинейных искажений в устройствах цифровой обработки сигналов

2.4. Обоснование критерия оптимальности для выходных устройств приемников с ЦОС.

2.5. Вывода к главе 2.

ГЛАВА 3 "ВЫХОДНЫЕ УСТРОЙСТВА ПРИЕМНИКОВ С БИНАРНЫМ Стр. КВАНТОВАНИЕМ СИГНАЛОВ".

3.1. Состояние вопроса.

3.2. Свойство парности цифровых частотных детекторов с бинарным квантованием сигналов

3.3. Искажения и переходные процессы в цифровых ЧД с бинарным квантованием

3.4. Шумы квантования и биения в цифровых ЧД с

А бинарным квантованием

3.5. Помехоустойчивость цифровых ЧД при приеме частотноманипулированных сигналов

3.6. Сопоставление цифровых ЧД с бинарным квантованием по вычислительным затратам

3.7. Выводы к главе 3.

ГЛАВА 4 "ОСНОВЫ СИНТЕЗА И РЕАЛИЗАЦИЯ ЭЛЕМЕНТОВ ЦОС С

МАЛЫМИ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫМИ ЗАТРАТАМИ". f 4.1. Пути уменьшения вычислительных затрат в элементах

4.2. Расчет нерекурсивных цифровых фильтров с рельефной

АЧХ в полосе пропускания.

4.3. Расчет одноконтурных и двухконтурных рекурсивных

ЦФ методом прямого синтеза

4.4. Предельные циклы в цифровых резонаторах и способы борьбы с ними.Iü

4.5. Цифровые косинусно-синусные генераторы

4.6. Построение блоков извлечения квадратного жорня и амплитудных ограничителей

4.7. Построение умножителей и делителей частоты колебаний.

4.8. Реализация вычислителя-фильтра без программной памяти с перемещением данных

4.9. Реализация вычислителя-фильтра без программной памяти с перемещением адресов.

4.10. Реализация медианного фильтра без программной памяти.

4.11. Оценка программных затрат различных элементов ЦОС

4.12. Определение разрядности АЦП в цифровых фильтрах

4.13. Определение разрядности регистров вычислителей цифровых фильтров

4.14. Обоснование применения устройства выборки-хранения перед АЦП

4.15. Выводы к главе 4.

ГЛАВА 5 "ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ СИНТЕЗА ОПТИМАЛЬНЫХ ЦШРОВЫХ

ДЕТЕКТ0Р0В| НЕПРЕРЫВНЫХ СООБЩЕНШ".

5.1. Постановка задачи

5.2. Цифровые амплитудные детекторы.

5.3. Сравнение цифровых АД по вычислительным затратам

5.4. Цифровые детекторы сигналов ВАМ, ОБП и KAM

5.5. Вычислительные затраты цифровых детекторов сигналов

БАМ, ОШ и KAM.

5.6. Цифровые детекторы сигналов с угловой модуляцией

5.7. Вычислительные затраты в цифровых ФД и ЧД с многоуровневым квантованием

5.8. Выводы к главе 5.

ГЛАВА 6 "ТЕОРИЯ И РАСЧЕТ ЦШРОВЫХ ДЕШДУЛЯТОРОВ

МАНИПУЛИРОВАННЫХ СИГНАЛОВ"

6.1. Цифровые демодулятора амплитудноманипулированных сигналов.

6.2. Цифровые демодуляторы фазоманипулированных сигналов . . ^29*

6.3. Минимизация вычислительных затрат в демодуляторах амплитудноманипулированных и фазоманипулированных сигналов.

6.4. Цифровые демодуляторы частотноманипулированных сигналов.

6.5. Цифровые демодуляторы сигналов двухканальной частотной манипуляции

6.6. Цифровые демодуляторы частотноманипулированных сигналов с минимальным сдвигом.

6.7. Помехоустойчивость цифровых демодуляторов с многоуровневым квантованием сигналов

6.8. Вычислительные затраты в цифровых демодуляторах частотноманипулированных сигналов

6.9. Реализация выходных устройств приемников и их синтез на сигнальных процессорах . ^

6.10. Выводы к главе

Актуальность работы. Цифровая обработка сигналов (ЦОС) в последние годы все шире используется в различных областях науки и техники. Прогресс в этой области вызван достижениями в области микроэлектроники, позволившими создать вычислительные средства, обладающее высоким быстродействием, малыми габаритами, весом и энергопотреблением. Интерес к цифровой обработке сигналов вызван тем, что на ее основе можно создать устройства с характеристиками, недостижимыми при использовании аналоговых методов обработки сигналов. Кроме того, применение устройств с цифровой обработкой в ряде случаев оказывается более выгодным с технической и экономической точек зрения в силу их универсальности и возможности работать в различных режимах. Сфера применения цифровой обработки непрерывно расширяется. Это радиосвязь, в том числе космическая, радио-, гидро- и звуколокация, телеметрия, анализ спектров, обнаружение сигналов на фоне помех, адаптивная коррекция каналов связи, адаптивная компенсация помех, анализ и синтез речи, радиовещание, телевидение, цифровые синтезаторы частоты, цифровые методы измерений, обработка сигналов в геологоразведке, сейсмологии, медицине и т.д.

Несмотря на множество уже решенных вопросов^в области применения ЦОС существует еще ряд проблем, которые сдерживают широкое применение цифровой обработки в приемниках сигналов различного назначения. Это ограниченное быстродействие цифровой элементной базы, ограниченные разрядность и быстродействие преобразователей аналоговых сигналов в цифровые, возникающие при ЦОС дополнительные искажения и шумы, ухудшение весогабаритных, энергетических и экономических характеристик устройств ЦОС по сравнению с аналоговыми, недостаточно разработанные теоретические аспекты и методы расчета элементов и устройств ЦОС с заданными качественными показателями. Эти проблемы связаны как с отсутствием подходящей элементной базы, так и со сложностью происходящих в устройствах ЦОС процессов, математическое описание которых во временной и спектральной областях оказывается гораздо более сложным, чем в аналоговых устройствах. Вследствие этого возникают трудности в анализе и синтезе элементов и устройств ЦОС. Далека от завершения и задача разработки оптимальных по программным затратам алгоритмов цифровой обработки различных сигналов с заданными качественными показателями.

Целью диссертационной работы является развитие теоретических и реализационных основ для создания новых алгоритмов работы и схемных решений, позволяющих разрабатывать приемники различного назначения с цифровой обработкой сигналов, обладающие высокими технологическими, техническими, эксплуатационными и потребительскими характеристиками.

Состояние вопроса и задачи- исследования. Цифровая обработка непрерывных и дискретных сигналов как новое техническое направление сформировалось лет двадцать назад. Этому предшествовали успехи в области теории связи микроэлектроники и вычислительной техники. Теория и применение цифровой обработки охватывают различные направления. В их разви тие большой вклад внесли отечественные и зарубежные ученые. В области цифровой фильтрации и анализа спектров сигналов следует отметить работы Голда Б., Кайзера Д., Рейдера Ч., Рабинера Л., Трахтмана A.M., Оппенгейма A.B., Шафера В.Р., Хемминга Р.В. Каппелини 1Г., Константинидиса А., Эмилиани П., Лернера Р., Ан-тонью А., Гольденберга Л.М., Матюшкина Б.Д., Поляка М.Н., Винограда В., Кули Д., Тьюки Д., Льюиса П. и др. /1-12/.

В разработку теории и новых алгоритмов, ориентированных на цифровую обработку сигналов, значительный вклад внесли работы Котельникова В.А., Витерби Э., Финка Л.М., Зюко А.Г., Кловско-го Д.Д., Тихонова В.И., Вейцеля В.А., Пестрякова В.Б., Цикина И.А., Банкета В.Л., Дорофеева В.М., Прохорова D.H., Фомина А.Ф., Заездного A.M., Окунева Ю.Б., Тузова Г.И., Николаева Б.И. и до. /17-34/.

В разработку теории и создания устройств и систем с цифровой обработкой сигналов значительный вклад внесли Блекман Р., Стивенсон Д., ЦыпкинЯ.З., Жодзижский М.И., Побережский Е.С., Маш-биц Л.М., Ланнэ A.A., Шило В.А., Кривошеев М.И., Цуккерман И.И., Захарченко Н.В., ¡Швыдкий В.В. , Кислюк Л.Д., Чепиков A.IÎ., Спилкер Д. и др. /4, II, 13, 14, 20, 22, 36, 116, 118, 122, 129-145/.

В теоретических и экспериментальных исследованиях цифровых устройств и систем ФАПЧ, цифровых синтезаторов частот и цифровых методов измерений большой вклад внесли работы Шахгильдя-на В.В., Ляховкина A.A., Клэппера Дж., Фрэнкла Дж, Фомина А.Ф., Белюстиной Л.Н., Федосеевой В.Н., Белых В.Н., Гинзбурга В.В., Карякина В.Л., Кармалиты В.А., Соколинского В.Г. и др. /15, 16, 19, 70, 71, ИЗ, 119, 1ZÎ/.

Широкое и многообразное применение цифровой обработки сигналов обусловлено тем, что она имеет ряд существенных преимуществ перед аналоговой обработкой:

- значительно более высокую точность обработки сигналов по сложным алгоритмам ;

- гибкую и оперативную перестройку алгоритмов обработки, обеспечивающую как создание многорежимных устройств, так и реализацию адаптивных систем ;

- высокую технологичность изготовления и автоматизацию эксплуатации устройств с ЦОС, обусловленную отсутствием необходимости настройки при изготовлении и регулировок при эксплуатации;

- высокую степень совпадения и повторяемости характеристик реализованных устройств с расчетными характеристиками;

- возможность построения развивающихся, интеллектуальных систем, способных к реконструкции, реконфигурации, поиску и обнаружению неисправностей;

- большие возможности автоматизации проектирования;

- высокая степень совпадения результатов моделирования на ЭВМ с физическим экспериментом;

- высокостабильдае эксплуатационные характеристики устройств с цифровой обработкой сигналов.

Вместе с тем цифровая обработка имеет и ряд недостатков перед аналоговой обработкой:

- меньшая ширина спектра обрабатываемых сигналов;

- дополнительные погрешности, искажения и шумы, возникающие в сигнале при аналого-цифровом и цифро-аналоговом преобразованиях (в АЦП и ЦАП);

- довольно часто устройства с ЦОС обладают большими габаритами и потребляемой мощностью по сравнению с аналоговыми устройствами;

- у приеников с ЦОС меньше динамический диапазон обрабатываемых сигналов.

Указанные недостатки по мере развития микроэлектроники постепенно утрачивают свои сдерживающие факторы. Кроме того, можно привести много примеров, где цифровая обработка является безальтернативной.

Из анализа развития радиотехники и радиоэлектроники на современном этапе можно сделать вывод, что основным источником и движущей силой их развития является единство и борьба противоположностей: аналоговых и дискретных методов передачи сообщений, обоюдном развитии аналоговой и цифровой элементной базы, а также аналоговой и цифровой обработки принимаемых сигналов. Противоположности здесь в философских категориях диалектики проявляются как непрерывность и скачок. Они существуют в неразрывной связи, взаимно дополняют друг друга и способствуют обоюдному развитию указанных направлений техники, способствуя тем самым прогрессу в других областях человеческой деятельности.

Тема настоящей диссертации посвящена вопросам применения цифровой обработки сигналов в приемниках различного назначения. Несмотря на множество уже решенных вопросов в этой области, на сегодняшний день здесь существует ряд нерешенных задач, сдерживающих широкое применение ЦОС в приемниках.

Од|на из важнейших задач - это повышение быстродействия цифровой элементной базы. Эта проблема остро проявляется в построении приемников широкополосных сигналов с шириной спектра в десятки и сотни мегагерц. Если в этих системах связи канал является гауссовским с нормальным белым шумом, то приемники с ЦОС таких систем удается построить на существующей элементной базе за счет применения в них децимации и АЦП с малым числом уровней квантования, вплоть до бинарного (двухуровневого). Однако построение приемников усложняется. В них появляются дополнительные узлы на микросхемах малой и средней степени интеграции, что затрудняет их изготовление и микроминиатюризацию. Кроме того, из-за малоуровневого квантования и рандомизации в этих приемниках возникают энергетические потери на 2-6 дБ по сравнению с аналоговыми приемниками /13/. Решение указанных задач идет как по пути создания сверху-быстродействующих АЦП с числом уровней квантования порядка 8-32, так и по пути поиска более эффективных алгоритмов обработки и схемных решений узлов этих приемников.

Если канал связи является негауссовским (с многолучевостью, мощными сосредоточенными помехами), то применение малоуровне-вых АЦП в приемниках недопустимо, приходится применять АЦП с числом разрядов от 10 до 16 /20/. Быстродействие таких АЦП гораздо ниже, чем у малоразрядных, тем более бинарных. Кроме того, преобразование аналогового сигнала в цифровую форму с большим числом уровней квантования требует увеличения уровня преобразуемого сигнала до единиц и даже десятков вольт. Это в свою очередь рез^о повышает требования к линейности аналогового тракта приемника до АЦП. Из-за указанных причин динамический диапазон приемников с ЦОС всегда оказывается меньше динамического диапазона аналоговых приемников. При фиксированной разрядности АЦП его можно увеличить за счет повышения частоты дискретизации. При этом снижается нижняя граница динамического диапазона. Но рост частоты дискретизации сдерживается ограниченным быстродействием многоразрядных АЦП и цифровой элементной базы. Для разрешения этих противоречий идут поиски схемных и программных решений в приемниках с ЦОС, направленных на искусственное уменьшение динамического диапазона сигналов на входе АЦП с последующим его расширением на выходе (цифровое компрессирование, мгновенная АРУ, применение адаптивных компенсаторов помех и т.д.). Однако при этом неизбежно возникают искажения в сигналах, явления забытия, усложняются алгоритмы отработки /28, 29, 30/.

Широкое развитие цифровая обработка сигналов получила в разрабатываемых высокоскоростных модемах, предназначенных для передачи дискретных сообщений со скоростью выше скорости Найквис-та по каналам с ограниченной полосой пропускания /26, 31/.

Качество каналов при этом невысокое: непостоянство во времени амплитудночастотных и фазочастотных характеристик, наличие в канале мощных импульсных и переходных помех, эхо-сигналов и т.д. Здесь цифровая обработка принимаемых из канала сигналов наталкивается на трудности алгоритмического характера. Алгоритмы обработки сигналов в приемной части таких модемов подчас настолько сложны, что ресурс процессоров по быстродействию и памяти оказывается недостаточным. Развитие таких модемов идет по двум путям:

- последовательные модемы ;

- параллельные модемы.

Одним из родоначальников первого направления является проф. Кловский Д.Д. Ему принадлежат пионерские идеи создания последовательных модемов типа СИИП /24, 25, 26, 31/. Также модемы реализуют на приемной стороне различные модификации алгоритма Витерби /31, 32/.

Параллельные модемы интенсивно развивают в научных школах Ленинградского и Московского институтов связи /33, 34/. Так в МИСе разработан модем с цифровой обработкой сигнала, позволяющий по каналу тональной частоты с межсимвольной интерференцией, изменяющимися характеристиками и мощными импульсными помехами передавать дискретные сообщения со скоростью 16 кБит/сек.

В формируемом сигнале используется 183 поднесущих. В модеме предполагается использовать мощный процессор 56000 фирмы Моторолла /35/. Обработку принимаемых сигналов в высокоскоростных модемах решают путем поиска эффективных и вместе с тем экономичных по программным затратам алгоритмов обработки, в частности за счет объединения процедур демодуляции и декодирования сигналов /23/.

В связных радиоприемниках применение ЦОС наталкивается на проблемы как технического, так и экономического характера /4, 20/. Сложная помеховая обстановка, особенно в КВ диапазоне, требует применения качественных фильтров и сложных алгоритмов обработки сигналов. Это в свою очередь, требует применения в приемнике многоразрядных АЦП, ЦАП и мощных процессоров для обработки сигналов. Все это повышает сложность, увеличивает потребляемую приемником мощность и его стоимость. В результате приемник с ЦОС может оказаться неконкурентным с аналоговым приемником.

В УКВ диапазоне помеховая обстановка лучше, но применяются более широкополосные сигналы. Например, сигнал УКВ-ЧМ-стерео имеет ширину спектра примерно 250 кГц. В этом случае возникают проблемы из-за высокой частоты дискретизации, которые также выливаются в те же недостатки, что и в КВ-приемниках. Однако в последние годы появляются предпосылки для технико-экономического обоснования применения ЦОС и в радиоприемниках /36/.

Предпосылки эти сводятся к следующим факторам.

1. Возрастает число видов излучаемых радиовещательными станциями сигналов. К традиционным АМ и ЧМ сигналам прибавляются сигналы ОБП, стереовещание на СВ, причем в разных странах с разными стандартами, узкополосная ЧМ на КВ и другие.

2. Появляются дешевые многоразрядные и быстродействующие АЦП, ЦАП и сигнальные процессоры.

3. Большим спросом у покупателей пользуются высококачественные бытовые радиокомплексы, включающие в себя всеволновые приемники, магнитофоны, цифровые лазерные проигрыватели, эквалайзеры и акустические системы с усилителями мощности. При этом радиокомплексы снабжаются разнообразными сервисными возможностями (работа по программам - включение и выключение в заданное время, различная цифровая и иная индикация и т.д.).

4. Радиовещательные приемники являются самыми массовыми. Указанные факторы приводят к тому, что цифровая обработка сигналов в радиоприемниках также становится обоснованной как технически, так и экономически вследствие большого числа видов работы. В сложных бытовых радиокомплексах процессоры цифровой обработки могут выполнять различные функции в зависимости от режима работы этих комплексов (фильтры, демодуляторы, стереодекоде-ры, эквалайзеры и т.д.).

Не менее массовыми являются телевизионные приемники. Применение ЦОС в телевизионных приемниках сдерживается следующими факторами.

1. Широкий спектр телевизионного сигнала.

2. Сложность по структуре телевизионного сигнала. Наличие в нем различных сигналов: видео, цветоразностных, сигнала звукового сопровождения, различных сигналов синхронизации. Все это требует применения сложных алгоритмов обработки.

Из-за указанных факторов блок цифровой обработки в ТВ-приемнике оказывается сложным, с большой потребляемой мощностью и дорогим. Однако и в ТВ-приемниках цифровая обработка перспективна. Дело в том, что телевизионный сигнал в некотором смысле удобен для цифровой обработки из-за его строчной структуры. Алгоритмы его обработки вследствие этого могут быть упрощены и окажутся технически и экономически обоснованными для применения в ТВ-приемниках. В нашей стране и за рубежом ведутся интенсивные разработки в этом направлении /59, 60/. Цифровые методы формирования строчной и кадровой разверток уже широко используются в телевизионной аппаратуре. Совмещение в одном телевизоре декодеров ИП^С, РЛ1* , БЕСАМ , а также формирование на экране дополнительной видео-информации (отсчеты текущего времени, видео-информация по другим ТВ-каналам и др.) создают достаточные технико-экономические предпосылки для широкого применения ЦОС на базе сигнальных процессоров в телевизионных приемниках.

Перечисленные задачи, стоящие на пути внедрения ЦОС в приемники различного назначения, имеют общие и специфические вопросы.

Специфические вопросы решаются путем поиска новых алгоритмов и схемных решений. Общие вопросы решаются путем повышения быстродействия АЦП, ЦАП и цифровой элементной базы (разработка транспьютеров и систолических структур) с одновременным повышением ее степени интеграции, уменьшением потребляемой мощности и стоимости.

В теоретическом плане на пути внедрения ЦОС не полностью решены вопросы компактного описания дискретизированных и квантованных с любым числом уровней квантования сигналов. Требуется обосновать методы анализа нелинейных искажений сигналов в устройствах цифровой обработки, позволяющие получать аналитические выражения для их количественной оценки. В устройствах ЦОС с бинарным квантованием недостаточно глубоко исследованы закономерности в построении, а также искажения сигналов, шумы и помехоустойчивость. В устройствах ЦОС с многоуровневым квантованием нет единого подхода к определению точностных параметров (необходимой разрядности АЦП, ЦАП и вычислителей, параметров УВХ, нелинейности комплектов УВХ-АЦП-ЦАП). Недостаточно разработаны вопросы использования конвейеризации обработки, а также транспьютерных и систолических структур для построения быстродействующих вычислителей ЦОС. Для уменьшения программных затрат при реализации алгоритмов ЦОС плодотворными являются разработки методик расчета элементов и узлов ЦОС, выполняющих одновременно несколько функций, например, частотная фильтрация и коррекция искажений, а также элементов ЦОС с малыми программными затратами. Из-за ограниченной разрядности вычислителей в устройствах ЦОС возникают паразитные явления (предельные циклы, забитие сигнала помехой и т.д.). В связи с этим актуальными являются разработки алгоритмов функционирования элементов и узлов ЦОС, пригодных для реализации на вычислителях с ограниченной разрядностью.

В литературе и патентной документации не нашли должного отражения вопросы синтеза основных элементов ЦОС (косинусно-си-нусных генераторов, блоков извлечения корня, ограничителей амплитуды, умножителей и делителей частоты) с заданными показателями качества и экономичными по программным затратам. Нет также количественного сопоставления по техническим показателям и программным затратам различных схем цифровых детекторов непрерывных и дискретных сообщений, работающих в каналах связи с постоянными и переменными параметрами. Не оценена помехоустойчивость некоторых алгоритмов обработки сигналов, пригодных для цифровой реализации.

В соответствии с вышеизложенным можно сформулировать основные задачи настоящей диссертационной работы.

1. Разработка методов описания дискретизлрованных и квантованных с любым числом уровней квантования сигналов, учитывающих нелинейности характеристики преобразователей АЦП-ЦАП и неидеальность устройств выборки-хранения.

2. Обоснование методов для анализа нелинейных искажений сигналов в устройствах цифровой обработки, позволяющих получать аналитические выражения для их количественной оценки.

3. Исследование закономерностей в построении устройств ЦОС с бинарным квантованием сигналов, возникающих в них искажений, шумов и помехоустойчивости.

4. Определение точностных параметров устройств ЦОС с многоуровневым квантованием (разрядности АЦП, ЦАЛ, вычислителей, параметров УВХ), обеспечивающих необходимые качественные показатели.

5. Разработка схем вычислителей, реализующих конвейеризацию обработки чисел, не требующих разработки для них программ работы и пригодных для реализации в виде СБИС.

6. Разработка методик расчета элементов ЦОС (фильтров, генераторов, блоков извлечения корня, амплитудных ограничителей, умножителей и делителей частоты) с заданными качественными показателями и малыми программными затратами на их реализацию.

7. Поиск алгоритмов работы и способов построения элементов и узлов ЦОС, пригодных для реализации на вычислителях с ограниченной разрядностью.

8. Разработка схем и методик расчета параметров цифровых детекторов непрерывных и дискретных сообщений, работающих в каналах с постоянными и переменными параметрами и имеющими малые программные затраты при заданных показателях качества.

Методы исследований. Для описания дискре газированных и квантованных сигналов с любым числом уровней квантования в диссертации используется математический аппарат рядов Фурье и полиномы Чебышева второго рода, а также предложены операции перестановки и свертки спектра гармошкой. Эти операции широко используются и для анализа цифровых детекторов. Для исследования нелинейных явлений в устройствах ЦОС обоснованы методы ордина'^дискретного преобразования Фурье, которые развиты для входного воздействия в виде суммы двух гармонических колебаний .

При исследовании точностных параметров устройств ЦОС обосновано использование детерминированных входных воздействий и применен вероятностный подход с граничными оценками нелинейных искажений в комплектах УВХ-АДП-ЦАП, нелинейности передаточных характеристик которых описывались полиномами Чебышева первого рода.

Для разработки методики расчета коэффициентов нерекурсивных цифровых фильтров (ЦЕ) с рельефной АЧХ в полосах пропускания использован метод наименьших квадратов, а для рекурсивных ЦФ - метод прямого синтеза и численные методы Ньютона и Ньютона-Рафсона.

Для исследования механизма возникновения в высокодобротных рекурсивных ЦФ предельных циклов и способов борьбы с ними использован модифицированный метод фазовых траекторий движения точек на плоскости, а также замена нелинейных уравнений параметрическими.

При исследовании шумовых характеристик и помехоустойчивости устройств ЦОС использованы методы спектрального анализа, вероятностное описание узкополосных и широкополосных случайных процессов, элементы корреляционной теории и теории выбросов случайных процессов.

Для сравнения помехоустойчивости различных алгоритмов обработки сигналов в диссертации используется метод, основанный на введении коэффициентов энергетических потерь.

Для проверки теоретических результатов и методик расчета широко использовались машинные и физические эксперименты на вычислителе, построенном на сигнальном процессоре РИНА, прототипе TMS 320.10. Для сопоставления различных алгоритмов обработки сигналов по эффективности предложено использовать безразмерные показатели первого, второго и третьего уровня обобщения: программные и вычислительные затраты при дискретной и цифровой обработке сигналов. Эти показатели удовлетворяют требованиям, предъявленным к стандартным показателям качества /39, 73/.

Научная новизна.

В процессе решения сформулированной в диссертации проблемы получены следующие новые научные результаты.

1. Предложен новый методический прием для анализа происходящих в устройствах ЦОС процессов, основанный на операции перестановки в сочетании со сверткой спектра гармошкой.

2. С применением вероятностного подхода разработана методика оценки нелинейных искажений сигналов, возникающих в комплекте ЛЗХ-АЦП-ЦАП по известной дифференциальной нелинейности этого комплекта.

3. Предложен новый критерий синтеза устройств цифровой обработки сигнала по минимуму вычислительных затрат, равных произведению трех безразмерных величин: необходимой разрядности вычислителей, программных затрат и отношению частоты дискретизации к ширине спектра обрабатываемого сигнала, при котором обеспечиваются заданные показатели по точности обработки и помехоустойчивости.

4. Впервые выявлена закономерность в построении цифровых частотных детекторов (ЧД) с бинарным квантованием, названная свойством парности: если в таком детекторе выхода ограничителя сигнала и тактового генератора взаимно поменять местами включения, то образуется новый ЧД с необычными свойствами. На основе свойства парности разработаны новые приемы для исследования цифровых ЧД с бинарным квантованием и синтезированы схемы с увеличенным диапазоном рабочих частот.

Предложен новый методический подход для анализа процессов в цифровых резонаторах при ограниченной разрядности операндов, основанный на применении модифицированных фазовых портретов и замене нелинейных разностных уравнений параметрическими/Этот подход позволил синтезировать устойчивый алгоритм работы высокодобротных резонаторов на вычислителях с небольшой разрядностью.

6. Разработаны экономичные по программным затратам алгоритмы работы и основы синтеза элементов цифровой обработки при заданных показателях по точности обработки, а также схемы и алгоритмы рабо ты нерекурсивных, рекурсивных и медианных цифровых фильтров, ориентированные на реализацию в виде специализированной СБИС, не тре бующей программирования работы и программной памяти.

7. С использованием известных и разработанных в диссертации новых методов анализа установлена количественная взаимосвязь между параметрами сигналов и схем детекторов, шумами квантования, ис кажениями, помехоустойчивостью и вычислительными затратами для большого класса цифровых детекторов модулированных и манипулиро-ванных сигналов.

8. На основе предложенного в диссертации критерия минимума вычислительных затрат и полученным результатам исследований разрабо таны основы синтеза оптимальных выходных устройств для многорежим ных приемников с цифровой обработкой сигналов, обладающих минимальной стоимостью при заданных качественных показателях по точности обработки и помехоустойчивости.

Научная новизна полученных в диссертации результатов обусловлена:

- применением к исследованию устройств цифровой обработки сигналов новых методических подходов, основанных на операции перестановки, на выявленном свойстве парности и на эквивалентном замещении нелинейных цифровых элементов параметрическими;

- использованием известных и разработанных в диссертации новых методов анализа нелинейных искажений применительно к цифровым детекторам, для которых эти методы ранее не применялись;

- комплексным подходом при синтезе оптимальных устройств ЦОС в приемниках, связывающим новые алгоритмические и схемотехнические решения с качественными показателями этих устройств через новый критерий, основанный на минимизации вычислительных затрат.

В результате проведенных исследований в диссертации на основе разработанных методов анализа критерия оптимизации, новых методик расчета, схемотехнических и алгоритмических решений разработаны основы теории синтеза выходных устройств для многорежимных приемников с цифровой обработкой сигналов с заданными показателями качества и превосходящие аналоговые выходные устройства по стоимостным и массогабаритным показателям.

Практическая ценность работы заключена в следующем.

Диссертация выполнена на основе хоздоговорных и госбюджетных НИР, а также договора о содружестве, проводимых для ряда НИИ, КБ и предприятий. Под научным руководством диссертанта в научно-исследовательской лаборатории кафедры радиоприемных устройств Куйбышевского электротехнического института связи (в 1991 году он переименован в Поволжский институт информатики, радиотехники и связи) выполнены работы по созданию выходных устройств приемников, связных радиостанций и модемов, в которых реализована цифровая обработка на базе сигнальных процессоров. Полученные в диссертации новые научные результаты, методы расчета, рекомендации и конкретные схемотехнические решения позволили создать серию высокоэффективных устройств цифровой обработки сигналов и внедрить их в ряд приемников, радиостанций и аппаратуру связи, а также в учебный процесс в ПИИРС (акты о внедрении прилагаются к диссертации).

Наиболее важные для практического применения результаты заключены в следующем.

I. Свойство парности цифровых ЧД с бинарным квантованием сигналов позволяет создать новые цифровые ЧД с необычными свойствами и на два-три порядка увеличить диапазон их рабочих частот.

2. Предложенные (в соавторстве) цифровые демодуляторы с адаптивными характеристиками позволяют принимать сигналы в каналах с доп-леровским сдвигом частоты, превышающим девиацию ЧМн-сигналов.

3. Предложены способы уменьшения разрядности вычислителей-фильтров, основанные на замене высокодобротного рекурсивного звена несколькими низкодобротными, на применении обратных связей в ЦФ, а также на перестановке звеньев в многокаскадных рекурсивных фильтрах

4. Предложены способы построения вычислителей фильтров, пригодных для реализации в виде специализированной СБИС и не требующих программирования работы.

5. Предложена аппаратная реализация цифрового медианного фильтра, эффективно подавляющего импульсные помехи.

6. Предложен способ борьбы с нестационарными явлениями в цифровых рекурсивных фильтрах с высокой добротностью. Он заключается в целенаправленном изменении коэффициентов фильтров в определенные временные такты.

7. Разработаны экономичные по программным затратам цифровые демодуляторы различных сигналов с высоким качественными,технологическими и эксплуатационными показателями.

Результаты диссертационной работы нашли применение в разработках Нижегородского НИИ радиосвязи, Самарского отраслевого НИИ радио, Запорожского НИИ радиосвязи, Барнаульского СКВ "Восток", Московского института электроники и автоматики, ОКБ "Янтарь", ГУНТР министерства связи и других, а также внедрены в учебный процесс в Поволжском институте информатики, радиотехники и связи, где диссертантом разработан курс лекций по углубленной подготовке студентов факультета радиосвязи, радиовещания и телевидения в области цифровой обработки сигналов, поставлен ряд лабораторных работ, а также написана монография "Выходные устройства приемников с цифровой обработкой сигналов".

Диссертант руководит аспирантом МТУСИ, в кандидатской диссертации которого находят дальнейшее развитие полученные руководителем результаты.

Основные положения, выносимые на защиту.

1. Критерий оптимальности для синтеза выходных устройств многорежимных приемников с ЦОС.

2. Применение детерминированных и вероятностных методов для анализа нелинейных искажений в устройствах цифровой обработки сигналов.

3. Метод анализа и способы борьбы с явлениями, вызываемыми конечной разрядностью устройств цифровой обработки сигналов.

4. Методики расчета цифровых фильтров, обладающих одновременно свойствами частотной селекции и амплитудно-частотной коррекции.

5. Экономичные по программным затратам алгоритмы функционирования цифровых генераторов, амплитудных ограничителей, умножителей и делителей частоты.

6. Методы анализа и результаты исследований процессов и явлений в цифровых детекторах с бинарным и многоуровневым квантованием сигналов, основанные на свойстве парности и операции перестановки.

7. Новые алгоритмические и схемотехнические решения по реализации устройств цифровой обработки сигналов с малыми искажениями и вычислительными затратами.

8. Основы теории синтеза оптимальных выходных устройств для многорежимных приемников с ЦОС, обладающих минимальной стоимостью при заданных качественных показателях.

I. ПРОБЛЕШ СОЗДАНИЯ УСТРОЙСТВ ЦШРОВОЙ ОБРАБОТКИ СИГНАЛОВ В ПРИЕМНИКАХ

б.Ю.Выводы к главе б

1. Для построения цифровых демодуляторов АМн-сигналов синхронные ДЦ непригодны. В них лучше всего следует использовать несинхронные цифровые ДЦ, построенные по квадратурным схемам, с устройством усреднения для формирования порогового уровня.

2. В цифровых демодуляторах ОФМн-сигналов целесообразно применять квадратурные схемы, реализующие когерентный или оптималь ный некогерентный прием. По программным затратам и по помехоустойчивости они лучше автокорреляционной схемы демодулятора.

3. Для цифровых демодуляторов многочастотных сигналов с ОФМн, реализующих оптимальный прием ортогональных сигналов в парциальных каналах, получены выражения для коэффициентов энергетических потерь, возникающих от нестабильности частот несущих парциальных каналов. Из этих выражений следует, что без синхронизации несущих многочастотные демодуляторы неработоспособны даже при отсутствии помех в каналах.

4. Для демодуляции ЧМн-сигналов предложено два цифровых демодулятора: автокорреляционный квадратурный демодулятор и демодулятор на цифровом кольце ФАПЧ второго порядка. При этом автокорреляционный квадратурный демодулятор позволяет сформировать необходимую детекторную характеристику при любых значениях характеристических частот сигнала, а демодулятор на цифровом коль це ФАПЧ работоспособен в каналах с доплеровским сдвигом частоты, превышающим девиацию ЧМн-сигнала.

5. Для синтезированного автором вырожденного сигнала ШМ-Х предложены демодулятор с синхронизацией выборок, работоспособный при предельно низкой частоте дискретизации, равной скорости манипуляции принимаемых посылок, а также когерентный демодулятор сигнала ШМ-1 с блоком синхронизации, работающим по выборкам из входного сигнала.

6. Б цифровых демодуляторах сигналов М4М-2 предложен блок синхронизации с умножением информационных сигналов, обеспечивающий работоспособность демодуляторов в каналах с доплеровским сдвигом частоты.

7. Для оценки помехоустойчивости цифровых демодуляторов различных сигналов предложено использовать коэффициенты энергетических потерь, учитывающие шумы квантования, дискретизацию, неидеальность синхронизации, а также отличие алгоритмов работы демодуляторов от оптимальных.

8. Для различных цифровых демодуляторов сигналов АМн, 0ФМн-1, ОФМн-2, ЧМн, ДЧМн, МЧМ-1 и МЧМ-2 выявлена связь между вычислительными затратами и вносимыми демодуляторами преобладаниями в посылках. В результате стало возможным определение схемы демодулятора с минимальными вычислительными затратами при заданных преобладаниях в посылках.

9. Для демодуляции АМн-сигналов минимальными вычислительными затратами обладает схема с блоком вычисления порога на каскадно соединенных рекурсивных ЦФНЧ первого порядка и цифровыми АД с блоком ABS или квадратором.

10. Для демодуляции ЧМн- и ДЧМн- сигналов минимальными вычислительными затратами обладают схемы демодуляторов фильтрового типа, если в них применять простейшие полосовые фильтры на одном биквадратном звене и цифровые АД с блоком ABS или квадратором.

II. Для демодуляции сигналов МЧМ-1 наименьшими вычислительными затратами обладает схема с синхронизацией выборок. Но она требует дополнительных аппаратных затрат, имеет энергетические потери в б дБ по сравнению со схемой автокорреляционного демодулятора, поэтому их сравнение по вычислительным затратам некорректно.

12. Для демодуляции сигналов МЧМ-2 наименьшими вычислительными затратами из класса когерентных обладает схема с устройствами выборки вместо интеграторов. В некогерентном демодуляторе сигналов МЧМ-2 энергетические потери составляют 6* 7 дБ по сравнению с когерентным демодулятором, поэтому их сравнение по вычислительным затратам также некорректно.

410 ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Основной результат диссертационной работы состоит в том, что на базе предложенного критерия оптимизации по минимуму вычислительных затрат и полученных теоретических результатов разработаны основы теории синтеза выходных устройств с цифровой обработкой сигналов для многорежимных приемников, обладающих уменьшенными стоимостными и массогабаритными показателями по сравнению с аналоговыми устройствами при заданной точности обработки и помехоустойчивости.

В процессе решения этой задачи были получены следующие научно-практические результаты:

1. Для исследования устройств цифровой обработки сигналов (ЦОС) предложена операция перестановки и сформулированы условия ее применения. Эта операция позволила развить теорию дискретизированных и квантованных с любым числом уровней квантования сигналов и решить ряд задач анализа и синтеза устройств ЦОС.

2. Для количественной оценки нелинейных искажений в устройствах ЦОС предложено использовать метод ординат, применявшийся ранее только для аналоговых устройств. В результате удалось получить аналитические выражения, связывающие нелинейные искажения с параметрами сигналов и цифровых детекторов. Для оценки нелинейных искажений в комплекте УВХ-АЦП-ЦАП предложен вероятностный подход, позволивший связать нелинейные искажения с дифференциальной нелинейностью комплекта. Полученные выражения явились базой для синтеза устройств ЦОС с заданными показателями по точности обработки.

3. Предложен и обоснован критерий для синтеза оптимальных выходных устройств с ЦОС для многорежимных приемников. В основе критерия лежит минимизация обобщенного показателя эффективности алгоритмов ЦОС, названного вычислительными затратами и равного произведению трех безразмерных величин: необходимой разрядности вычислителей, программных затрат и отношения частоты дискретизации к ширине спектра обрабатываемых сигналов, при которых обеспечивается заданная точность обработки.

4. Выявлено свойство парности цифровых частотных детекторов с бинарным квантованием сигналов, состоящих из последовательно соединенных узлов: ограничитель - цифровой узел с ГТИ - &НЧ. Если в таком детекторе выходы ограничителя и ГТИ взаимно поменять местами включения, то образуется новый, парный исходному детектор, по принципу работы не имеющий прототипов среди аналоговых детекторов и на два - три порядка обладающий более высоким диапазоном рабочих частот.

5. По результатам анализа переходных процессов, возникающих в цифровых частотных детекторах с бинарным квантованием при скачках частоты, синтезирован оптимальный по помехоустойчивости ЧМн-сигнал, являющийся разновидностью сигналов с минимальной частотной модуляцией. Показано, что помехоустойчивость синтезированного сигнала при автокорреляционном приеме такая же, как у сигнала относительной фазовой манипуляции. Определены оптимальные параметры демодулятора ЧМн-сигнала на системе ЦВАПЧ, при которых помехоустойчивость этого демодулятора наибольшая. Этот демодулятор обладает наименьшими вычислительными затратами и поэтому является оптимальным для реализации в выходных устройствах ЦОС с бинарным квантованием.

6. Разработана методика расчета параметров устройств ЦОС с многоуровневым квантованием: необходимой разрядности АЦП, ЦАД, вычислителей и параметров УВХ, обеспечивающих необходимые качествен^ ные показатели цифровмх фильтров и детекторов, а также предложены способы уменьшения необходимой разрядности вычислителей за счет некоторого увеличения программных затрат.

7. Предложены схемы и разработаны программы работы рекурсивных, нерекурсивных и медианных фильтров, пригодных для реализации в виде специализированной СБИС. Такая СБИС не нуждается в программировании и программной памяти, в ней реализуются конвейерные и систолические вычислительные структуры.

Ь. С применением метода наименьших квадратов разработана методика расчета коэффициентов нерекурсивных фильтров с рельефной АЧХ в полосе пропускания. Такие фильтры одновременно осуществляют частотную селекцию и компенсацию амплитудно-частотных искажений обрабатываемых сигналов, поэтому приводят к уменьшению программных затрат. По методу прямого синтеза разработана методика расчета одноконтурных и двухконтурных рекурсивных цифровых фильтров с заданной АЧХ, обладающих минимальными вычислительными затратами.

Разработаны также новые алгоритмы работы блоков извлечения корня, амплитудных ограничителей, умножителей и делителей частоты с уменьшенными на 15 - 20% программными затратами по сравнению с известными алгоритмами.

9. Для анализа нелинейных эффектов, возникающих в цифровых резонаторах (ЦР)из-за ошибок усечения, в диссертации предложен методический прием, использующий замену нелинейных разностных уравнений параметрическими, а также модифицированный аппарат фазовых портретов. Это позволило раскрыть механизм возникновения в высокодобротных ЦР нестационарных циклов и разработать алгоритм, устойчиво работающий на вычислителях с небольшой разрядностью.

Ю. На базе цифрового резонатора без потерь предложены и защищены авторскими свидетельствами способы формирования квадратурных колебаний без амплитудной и фазовой погрешности и с высокой чистотой спектра формируемых колебаний. Разработан также экономичный по программным затратам алгоритм работы управляемого косинусно-синусного генератора на базе генератора пилы и создана методика расчета параметров этого генератора с заданными показателями по спектральной чистоте и амплитуде формируемых колебаний.

11. С применением операции перестановки раскрыт механизм возникновения паразитной амплитудной модуляции в цифровом амплитудном детекторе с взятием модулей из отсчетов сигнала и установлена зависимость глубины этой модуляции от отношения частоты дискретизации к частоте несущей в приведенном спектре. 0 применением метода ординат установлена аналитическая взаимосвязь между коэффициентами гармоник и параметрами цифровых детекторов АМ, ФМ и ЧМ сигналов. Эта взаимосвязь позволила точность обработки сигналов количественно связать с вычислительными затратами различных алгоритмов обработки сигналов.

12. Для линеаризации детекторных характеристик в цифровых детекторах Ш и ЧМ-сигналов предложено использовать нелинейное функциональное преобразование с одновременным применением амплитудного ограничения входных сигналов. Показано, что в некоторых детекторах эта линеаризация приводит к уменьшению на 20 - 30% вычислительных затрат.

13. Установлено, что квадратурные схемы детекторов в большинстве случае обладают наимньшими вычислительными затратами и поэтому оптимальны для реализации в устройствах цифровой обработки сигналов. Они работают при наименьшем отношении частоты дискретизации к ширине спектра обрабатываемых сигналов, в них меньше нелинейные искажения и программные затраты за счет совмещения в одном узле нескольких функций: преобразование Гильберта и задержка, фильтрация и фазо-расщепление, одновременное использование элементов задержки для различных узлов и т.д. При квадратурной обработке проще осуществлять децимацию и интерполяцию, отпадает необходимость в фильтрах нижних частот для устранения высокочастотных пульсаций на выходах перемножителей .

14. Количественно определены энергетические потери в цифровых демодуляторах многочастотных сигналов ОФМн, возникающие от допле-ровского сдвига несущих парциальных каналов. Предложены (в соавторстве )цифровые демодуляторы ЧМн-сигналов с адаптивными характеристиками, работоспособные в каналах с доплеровским сдвигом частоты, превышающим девиацию частоты этих сигналов.

Результаты диссертационной работы внедрены и использованы в следующих предприятиях:

1. В Нижегородском НИИ радиосвязи в двух ОКР по материалам диссертации созданы модемы с цифровой обработкой сигналов для связных радиостанций, работающих в различных режимах по каналам сдоплеровским сдвигом частоты. Экономический эффект от внедрения результатов работы только в одну ОКР составил 192 тыс. руб. в год по ценам до 1991 года.

2. В Самарском отраслевом НИИ радио результаты диссертационной работы использованы в НИР "Проект" и ОКР "Переключение" при разработке многоканальной аппаратуры с цифровой обработкой сигналов и цифровым переключением каналов для систем с частотным разделением каналов, а также в ОКР по разработке высокоскоростных модемов для радиоканалов со сложной помеховой обстановкой.

3. В Поволжском институте информатики, радиотехники и связи автором поставлено б лабораторных работ по теме диссертации, разработан и читается студентам раздел по цифровой обработке сигналов в курсе "Проектирование и техническая эксплуатация радиоприемных устройств", внедрен в учебный процесс программно-технический комплекс для ис-следованя в реальном времени устройств ЦОС, внедрены в курсовое и дипломное проектирование методики и программы расчета на ЭВМ различных устройств ЦОС.

4. В Московском институте электроники и автоматики полученные в диссертации результаты использованы для создания цифровых полосовых фильтров с малым наклоном ФЧХ в полосе пропускания, реализованных на сигнальном процессоре КМ 1813 BEI (Рената) .

5. В ОКБ "Янтарь" (г. Самара)при разработке многоканальных приемников с ЦОС, синтезированных на основе оптимальной нелинейной фильтрации марковских случайных процессов, также использованы полученные в диссертации результаты.

6. В СКБ "Восток" (г. Барнаул )в рамках договора о передаче научно-технических достижений были переданы методики расчета параметров цифровых модемов с минимальными программными затратами и пакет программ для расчетов на ЭВМ различных узлов цифровых модемов.

7. В рамках госбюджетного финансирования по заказу ГУНТР министерства связи в 1991 году под руководством автора диссертации выполнена НИР, посвященная вопросам повышения динамического диапазона приемников с цифровой обработкой сигналов.

В. Материалы диссертации использованы также в разработках ряда предприятий и организаций, использующих публикации автора в открытой печати и отчеты по хоздоговорным НИР, выполненным под научным руководством автора диссертации на кафедре радиоприемных устройств Поволжского института информатики, радиотехники иссвязи в 11Э79 -19912 годах /83-108, 174-191/.

416

1. Голд В., Рэйдер Ч. Цифровая обработка сигналов: Пер. с англ./Под ред. A.M. Трахмана. -М.: Сов. радио, 1973. -368 с.

2. Рабинер JI., Гоулд Б. Теория и применение цифровой обработ ки сигналов. -М.: Мир, 1978. -848 с.

3. Оппенгейм A.B., Шафер Р.В. Цифровая обработка сигналов. -М.: Связь, 1979. -416 с.

4. Стивенсон. Многоканальный цифровой коротковолновый приемник //Электроника, 1972. -Т. 45, № 7. -С. 35-41.

5. Применение цифровой обработки сигналов./Под ред. Э. Оппен гейма: Пер. с англ./Под ред. A.M. Рязанцева. -М.: Мир, 1980. -552 с.

6. Хэмминг Р.В. Цифровые фильтры: Пер. с англ./Под ред. A.M. т

7. Трахмана. -М.: Сов. радио, 1980. -224 с.

8. Каппелини В., Константинидис А., Дж. Эмилиани П. Цифровые фильтры и их применение: Пер. с англ./Под ред. H.H. Слепова. -М.: Энергоатомиздат, 1983. -360 с.

9. Лернер Р. Полосовые фильтры с линейной фазой.//ТИИЭР. -1966, т. 52. -№ 3. -С. 67-92.

10. Макклеллан Дж. X., Рейдер Ч. М. Применение теории чисел в цифровой обработке сигналов: Пер. с англ./Под ред. Ю.И. Минина -М.: Радио и связь, 1983. -264 с.

11. Антонью А. Цифровые фильтры: Анализ и проектирование. -М.: Радио и связь, 1983. -320 с.

12. Цыпкин Я.З. Теория линейных импульсных систем. -М.: Физ-матгиз, 1963. -968 с.

13. Цифровые фильтры в электросвязи и радиотехнике./Брунчен-ко A.B., Бутыльский Ю.Т., Гольденберг Л.М. и др. ; Под ред. Л.М. Гольденберга. -М.: Радио и связь, 1982. -224 с.

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

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

16. Системы фазовой автоподстройки частоты с элементами дискретизации. /В. В. Шахгильдян, A.A. Ляховкин, В.Л. Карякин и др. ; Под. ред. В.В. Шахгильдяна. -М.: Связь, 1979. -224 с.

17. Системы фазовой синхронизации./Акимов В.Н., Белюстина Л.Н., Белых В.Н. и др. ; Под ред. В.В. Шахгильдяна, Л.Н. Белюс-тиной. -М.: Радио и связь, 1982. -288 с.

18. Фомин А.Ф., Урядников Ю.Ф. Помехоустойчивость систем передачи непрерывных сообщений с импульсными следящими демодуляторами //Радиотехника. -1976, № 9, -С. 46-54.

19. Фомин A.Í., Хорошавин А.И. Помехоустойчивость аналого-цифрового синхронно-фазового демодулятора сигналов с угловой модуляцией //Изв. вузов СССР. Радиоэлектроника. -1983. -Т. ХХШ, № 7. -С. 10-14.

20. Фомин А.Ф., Хорошавин А.И, Шелухин О.И. Аналоговые и цифровые синхронно-фазовые измерители и демодуляторы./Под ред. А.Ф. Фомина. -М.: Радио и связь, 1987. -248 с.

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

22. Пестряков В.Б. Фазовые радиотехнические системы. -М.: Сов. радио, 1968. -324 с.

23. Машбиц Л.М. Цифровая обработка сигналов в радиотелеграфной связи. -М.: Связь, 1974. -192 с.

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

25. Кловский Д.Д., Николаев Б.И. Инженерная реализация радиотехнических схем в системах передачи дискретных сообщенийв условиях межсимвольной интерференции. -М.: Связь, 1975. -200 с.

26. Кловский Д.Д. Передача дискретных сообщений по радиоканалам. -М.: Радио и связь, 1982. -304 с.

27. Макаров С.Б., Цыкин И.А. Передача дискретных сообщений по радиоканалам с ограниченной полосой пропускания. -М. : Радио и связь, 1988. -304 с.

28. Цифровой процессор обработки сигналов KM 1813 BEI и его применение. Методическое пособие. /Под ред. A.A. Ланне и Г.Ф. Страутманиса. -М.: Экое, 1987. -232 с.

29. Макович В.А. Расширение динамического диапазона реальных АЦП с помощью цифровой коррекции //Радиотехника. -1990, № 6. -С. 24-26.

30. Акчурин Э.А., Тяжев А.И., Замский В.М. Управляемые по частоте цифровые косинусно-синусные генераторы //Техника средств связи: серия специальная ТРС. -1987. -С. 47-51.

31. Волков Е.А. Устранение эффекта блокирования в каскадах РПУ при минимизации их интермодуляционных искажений //Радиотехника. -1990, № 4. -С. 27-30.

32. Николаев Б.И. Последовательная передача дискретных сообщений по непрерывным каналам с памятью. -М.: Радио и связь, 1988. -264 с.32. $орни Г.Д. Алгоритм Витерби //ТИИЭР. -1973. -Т. 61, № 3. -С. 12-25.

33. Окунев Ю.Б. Теория фазоразностной модуляции. -М.: Связь, 1979. -216 с.

34. Аппаратура передачи дискретной информации МС-5./Под ред. A.M. Заездного и Ю.Б. Окунева. -М.: Связь, 1971. -112 с.

35. Коршунов Г.Н. Принципы реализации высокоскоростного модема на цифровом процессоре обработки сигналов X>SP 56 ООО.//Сб. тез докл. н.т. конф. "Цифровая обработка сигналов в системах связи и управления". -Ростов Великий, 1991. -С. 48.

36. Побережский E.G., Долин С.А., Хвецкович Э.Б. Структура линейного тракта цифрового вещательного приемника //Сб. тез. докл. н.т. конф. "Цифровая обработка сигналовив системах связи и управления". -Ростов Великий, 1991. -С. 37-38.

37. Гоноровский И.С. Радиотехнические цепи и сигналы: Учебник для вузов. -4-е изд., перераб. и доп. -М.: Радио и связь, 1986. -512 с.

38. Гольденберг Л.М., Матюшкин Б.Д., Поляк М.Н. Цифровая обработка сигналов; Справочник. -М.: Радио и связь, 1985. -312 с.

39. Гуткин Л.С. Оптимизация радиоэлектронных устройств по совокупности показателей качества. -М.: Советское радио, 1975. -36В

40. Радиоприемные устройства. /Давыдов Ю.Т., Данин Ю.С., Жуков ский А.П. и др.; Под ред. А.П. Жуковского. -М.: Высшая школа, 1989. -344 с.

41. Микропроцессоры и микропроцессорные комплекты интегралиных микросхем. Т. 2: Справочник /Под ред. В.А. Шахнова. -М.: Радиои связь, 1968. -368 с.

42. Шило В.Л. Линейные интегральные схемы. -М.: Сов. радио, 1979. -368 с.

43. Янке Е., Эьще Ф., Лёш Ф. Специальные функции: Формулы, графики, таблицы. -М.: Наука, 1968. -344 с.

44. Витерби Э.Д. Принципы когерентной связи: Пер. с англ. /Под ред. Б.Р. Левина. -М.: Сов. радио, 1970. -392 с.

45. Помехозащищенность радиосистем со сложными сигналами.

46. Г.И. Тузов, В.А. Сивов, В.И. Прытков и др.; Под ред. Г\И. Тузова -М.: Радио и связь, 1985. -264 с.

47. Финн Л.М. Теория передачи дискретных сообщений. -М.: Сов. радио, 1970. -728 с.

48. Зенькович A.B. Искажения частотно-модулированных колебаний. -М.: Сов. радио, 1974. -296 с.

49. Цыкин Г.С. Усилительные устройства. -М.: Связь, 1971. -366 с.

50. Новоселов О.Н., Фомин А.Ф. Основы теории и расчета информационно-измерительных систем. -М.: Машиностроение, 1980. -280 с.

51. Хилбурн Дж., Джулич П. Микро-ЭВМ и микропроцессоры: Пер. с англ./Под ред. С.Д. Пашкеева. -М.: Мир, 1979. -464 с.

52. Аппаратура уплотнения ИКМ-12М для сельской связи./Под ред. М.У. Поляка. -М.: Связь, 1976. -160 с.

53. Зюко А.Г. Помехоустойчивость и эффективность систем связи. -М.: Связь, 1972. -360 с.

54. Помехоустойчивость и эффективность систем передачи информации./А.Г. Зюко, А.И. Фалько, И.П. Панфилов и др. ; Под ред.

55. А.Г. Зюко. -М.: Радио и связь, 1985. -272 с.

56. Фалькович С.Е., Пономарев В.И., Шкварко Ю.В. Оптимальный прием пространственно-временных сигналов в радиоканалах с рассеянием. /Под ред. С.Е. Фальковича. -М.: Радио и связь, 1989. -296

57. Смит Дж. М. Математическое и цифровое моделирование для инженеров и исследователей: Пер. с англ. -М.: Машиностроение, 1980. -272 с.

58. Левин Б.Р. Теоретические основы статистической радиотехники. Кн. I. -М.: Сов. радио, 1974. -552 с.

59. Тихонов В.И. Статистическая радиотехника. -М.: Сов. радио, 1966. -680' с.

60. Тихонов В.И., Кульман Н.К. Нелинейная фильтрация и квазикогерентный прием сигналов. -М.: Сов. радио, 1975. -704 с.

61. Цифровое телевидение./М.И. Кривошеев, Л.С. Виленчик, И.Н. Красносельский и др. ; Под ред. М.И. Кривошеева. -М.: Связь, 1980. -264 с.

62. Цифровое кодирование телевизионных изображений./И.И. Цу-ккерман, Б.М. Кац, Д.С. Лебедев и др. ; Под ред. И.И. Цуккерма-на. -М.: Радио и связь, 1981. -240 с.

63. Микропроцессорные БИС и микро-ЭВМ. Построение и применение./А. А. Васенков, Н.М. Воробьев, В.Л. Дшхунян и др. ; Под ред. А.А. Васенкова. -М.: Сов. радио, 1980. -280 с.

64. Пашкеев С.Д., Минязов Р.И., Могилевский В.Д. Машинные ме тоды оптимизации в технике связи. -М.: Связь, 1976. -272 с.

65. Годунов С.К., Рябенький B.C. Разностные схемы. -М.: Наука, 1977. -440 с.

66. Беллман Р. Введение в теорию матриц: Пер. с англ./Под ред. В.Б. Лидского. -М.: Наука, 1976. -352 с.

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

68. Березин Л.В., Вейцель В.А. Теория и проектирование радиосистем./Под ред. В.Н. Типугина. -М.: Сов. радио, 1977. -448 с.

69. Цыкин И.А. Дискретно-аналоговая обработка сигналов. -М.: Радио и связь, 1982. -160 с.

70. Калабеков Б.А., Лапидус В.Ю., Малафеев В.М. Методы автоматизированного расчета электронных схем в технике связи. -М.: Радио и связь, 1990. -272 с.

71. Гришин Ю.П., Казаринов Ю.М., Катиков В.М. Микропроцессоры в радиотехнических системах./Под ред. Ю.М. Казаринова. -М.: Радио и связь, 1982. -280 с.

72. Кармалита В.А. Цифровая обработка случайных колебаний. -М.: Машиностроение, 1986. -80 с.

73. Соколинский В.Г., Шейнкман В.Г. Частотные и фазовые модуляторы и манипуляторы. -М.: Радио и связь, 1983. -192 с.

74. Головин О.В. Профессиональные радиоприемные устройства декаметрового диапазона. -М.: Радио и связь, 1985. -288 с.

75. Гуткин Л.С. Проектирование радиосистем и радиоустройств. -М.: Радио и связь, 1986. -288 с.

76. Проектирование радиоэлектронных устройств на интегральных микросхемах./Л.Ю. Астанин, В.И. Белицкий, В.Б. Краскин и др., ; Под ред. С.Я. Шаца. -М.: Сов. радио, 1976. -312 с.

77. Брычков Ю.А., Маричев О.И., Прудников А.П. Таблицы неопределенных интегралов. -М.: Наука, 1986. -192 с.

78. Выгодский М.Я. Справочник по высшей математике. -М.: Наука, 1966. -872 с.

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

80. Дьяконов В.П. Справочник по алгоритмам и программам на языке бейсик для персональных ЭВМ. -М.: Наука, 1987. -240 с.

81. Богданович Б. М. Радиоприемные устройства с большим динамическим диапазоном. -М.: Радио и связь, 1984. -176 с.

82. Чистяков Н.И., Сидоров В.М. Радиоприемные устройства. -М.: Связь, 1974. -408 с.

83. Буга H.H., Фалько А.И., Чистяков Н.И. Радиоприемные устройства. -М.: Радио и связь, 1986. -320 с.

84. Кисель В.А. Аналоговые и цифровые корректоры: Справочник. -М.: Радио и связь, 1986. -184 с.

85. Тяжев А.И. Исследование цифровых частотных детекторов: Дис. на соиск. учен, степени канд. техн. наук. -М.: МЭИС, 1981. -196 с.

86. Тяжев А.И. Автокорреляционный цифровой частотный детектор// Радиотехнические системы и устройства: Сб. научн. тр. учебн. ин-тов связи./ЛЭИС. -Л.; 1979. -С. 10-15.

87. Рында А.И., Тяжев А.И., Спиридонов H.A. Демодуляторы сигналов ЧТ на цифровых кольцах ФАПЧ// Электросвязь. -1979, № Ю. -С. 52-55.

88. Тяжев А.И. Частотные детекторы на основе цифровых фазовых систем автоподстройки частоты//Радиотехника. -1980, № 2. -С. 43-46.

89. Тяжев А.И. 0 помехоустойчивости автокорреляционного цифрового демодулятора сигналов ЧТ//Радиотехника. -1980, № 10.-С. 5-9.

90. Тяжев А.И. Формирователи ЧМ-сигналов на основе цифровых фазовых систем автоподстройки частоты//Радиотехника. -1984,6. -С. 31-33.

91. Тяжев А.И. Частотные детекторы на регистре, управляемом сигналом /Техника средств связи: серия ТРС. -1981, вып. 2.-С. 70-77.

92. Тяжев А.И., Замский В.М. Определение разрядности АЦП, ЦАП и регистров в вычислителях цифровых фильтров// Техника средств связи: серия ТРС. -1985, вып. 9. -С. 49-54.

93. Тяжев А.И. Построение модема сигналов FI, F3, F6 и F9 на цифровой системе ФАП//Радиотехника. -1986, № I. -С. 20-22.

94. Тяжев А.И. Свойство парности цифровых частотных детекторов/Довременные методы анализа и синтеза систем и устройств связи: Сб. научн. трудов учебн. ин-тов связи/ЛЭИС. -Л., 1986. -С. 47-52.

95. Тяжев А.И. Цифровое формирование и детектирование сигналов с угловой модуляцией и манипуляцией//Радиотехника. -1987,7. -С. 45-48.

96. Иванова В.Г., Тяжев А.И. Реализация алгоритмов цифрового амплитудного детектирования//Радиотехника. -1987, № 8.-С. 82-83.

97. Тяжев А.И. Расчет двухконтурных цифровых полосовых фи-льтров//Радиотехника. -1987, № 9. -С. 80-82.

98. Рында А.И., Тяжев А.И. Нелинейные искажения при аналого-цифровом преобразовании гармонического сигнала//Теория и устройства передачи информации по каналам связи/ЛЭИС. -Л., 1987. -С. 78-84.

99. Тяжев А.И. Спектры квантованного и дискретизированного периодических сигналов//Радиотехника. -1989, № 4. -С. 60-63.

100. Тяжев А.И., Акчурин Э.А., Глотов A.M., Козьяков Е.В. Построение цифровых фильтров//Радиотехника. -1989, № 9. -С. 90-93.

101. Тяжев А.И. Расчет рекурсивного цифрового фильтра второго порядка//Радиотехника. -1990, № 4. -С. 94-96.

102. Тяжев А.И. Борьба с предельными циклами в рекурсивных цифровых фильтрах//Радиотехника. -1990, № 10. -С. 34-37.

103. Тяжев А.И., Царева А.Г. Расчет нерекурсивных цифровых фильтров//Радиотехника. -1991, if0 4. -С. 42-47.

104. A.c. 768000 (СССР). Устройство для приема частотно-мани-пулированных сигналов/Рында А.И., Тяжев А.И., Спиридонов H.A. -Опубл. 30.09.80. -БИ № 36.

105. A.c. 1254982 (СССР). Способ формирования синусно-коси-нусной пары напряжений/Тяжев А.И. -Опубл. 12.07.84. -БИ № 27.

106. A.c. 1425850 (СССР). Устройство защиты от импульсных помех/Акчурин Э.А., Тяжев А.И. -Опубл. 23.09.88. -БИ № 35.

107. A.c. 1608780 (СССР). Способ формирования синусно-коси-нусной пары напряжений/Тяжев А.И. -Опубл. 23.11.90. -БИ № 43.

108. A.c. I63I558 (СССР). Специализированный процессор дляцифровой фильтрации/Тяжев А.И., Глотов A.M., Козьяков Е.В., Замский В.М. -Опубл. 28.02.91. -БИ №8.

109. A.c. 1656663 (СССР). Амплитудно-частотный детектор/Тя-жев А.И., Глотов A.M., Козьяков Е.В. -Опубл. 15.06.91. -БИ № 22.

110. Тяжев А.И. Расчет нерекурсивных цифровых фильтров с плоской и неравномерной АЧХ//Электросвязь. -1991, № 10.-С. 43-45.

111. Люстерник Л.А. Математический.анализ. Вычисление элементарных функций. -М.: Физматгиз, 1963. -248 с.

112. Шило В,Л. Функциональные аналоговые интегральные микросхемы. -М.: Радио и связь, 1982. -128 с.

113. Быстродействующие интегральные микросхемы ЦАП и АЦП/ Под ред. А.К. Марцинкявичуса, Э.А. Багданскиса. -М.: Радио и связь, 1989. -224 с.

114. Федорков Б.Г., Телец В.А. Шкросхемы ЦАП и АЦП: функционирование, параметры, применение. -М.: Энергоатомиздат, 1990. -320 с.

115. ИЗ. Клэппер Дж., Фрэнкл Дж. Системы фазовой и частотной автоподстройки частоты: Пер. с англ./Под ред. А.Ф. Фомина. -М.: Энергия, 1977. -440 с.

116. A.c. 399999 (Польша). Устройство для демодуляции час-тотно-манипулированного сигнала/Ванек С.И. -Опубл. 14.07.73. -БИ № 21.

117. Патент 156296 (Япония). Демодулятор частотно-манипули-рованного сигнала, используемый в системах передачи двоичной информации. -Опубл. 17.09.75. -БИ № 32.

118. A.c. 522541 (СССР). Цифровой двухчастотный детектор/ Швыдкий В.В., Захарченко Н.В. -Опубл. 14.02.76. -БИ № 7.

119. Патент 2266982 (Франция). Демодулятор волн, модулированных по частоте, для системы передачи двоичной информации.-Опубл. 21.08.75. -БИ № 30.

120. Чепиков А.П. Цифровой частотный детектор//Радиотехни-ческие системы и устройства: Сб. научн. тр. учебн. ин-тов свя-зи/ЛЭИС. -Л., 1976, № 76. -С. 93-95.

121. Шахгильдян В.В., Федосеева В.Н. Динамика цифровых систем ФАПЧ//Радиотехнические системы и устройства: Сб. научн. тр. учебн. ин-тов связи/ЛЭИС. -Л., 1976, № 79. -С. 48-50.

122. Патент 52-35274 (Япония). Цифровой частотный детектор. -Опубл. 07.11.77. -БИ №41.

123. Патент 2050706 (ФРГ). Устройство, предназначенное для демодуляции ЧМ-несущих колебаний. -Опубл. 20.07.76. -БИ № 23.

124. Швыдкий В.В. Исследование цифровых способов формирования и детектирования ЧМ-сигналов: Автореф», дис. на соиск. учен, степени канд. техн. наук. -Одесса: ОЭИС, 1976. -19 с.

125. Харитонов М.И. Помехоустойчивость частотного детектора с линией задержки//Радиотехника. -1976, № 9. -С. 29-31.

126. Хименко В.И. О числе выбросов стационарного случайного процесса с распределением, отличающимся от гауссового//Радио-техника и электроника. -1977, т. XX, вып. 8. -С. 137-140.

127. Шахгильдян В.В., Ляховкин. Системы фазовой автоподстройки частоты. -М.: Связь, 1972. -447 с.

128. Пискунов Н.С. Дифференциальное и интегральное исчисления для втузов. Том I. -М.: Наука, 1966. -552 с.

129. Павлов K.M. Радиоприемные устройства магистральной КВ связи. -М.: Связь, 1980. -284 с.

130. Лезин Ю.С. О помехоустойчивости при различных видах радиотелеграфии//Электросвязь. -1957, № 4. -С. 37-41.

131. Спилкер Дж. Цифровая спутниковая связь: Пер. с англ. /Под ред. В.В. Маркова. -М.: Связь, 1979. -592 с.

132. Прохоров Ю.Н. Статистические модели и рекуррентное предсказание речевых сигналов. -М.: Радио и связь, 1984.

133. Назаров М.В., Прохоров Ю.Н. Методы цифровой обработки и передачи речевых сигналов. -М.: Радио и связь, 1985.

134. Анисимов И.К., Прохоров Ю.Н. Метод разностного кодирования затушенной речи и его техническая реализация на МПК KI804 //Радиотехника, 1989. -№ I. -С. 80-83.

135. A.c. I5I89I5 (СССР). Устройство для приема сигналов с частотно-фазовой модуляцией/Гридчин С.И., Иванов М.А., Кудинов С.М., Ведринская С.А. -Опубл. 30.10.89. -Бюл. № 40.

136. Тузлуков В.П. Вероятность ошибки в цифровых приемниках систем передачи дискретных сообщений //Радиотехника и электроника (Минск). -1989. -№ 18. -С. 17-21.

137. Букашкин С.А., Кузнев Э.М. Синтез алгоритмов цифровых рекурсивных демодуляторов AM- и ЧМ-сигналов// Изв. вузов. Радиоэлектроника. -1989. -№ 12. -С. 34-41.

138. Пат. 64644II (Япония). Приемник с цифровой обработкой сигнала/ Накадзава Акира. -Опубл. 10.03.89.

139. A.c. I59824I (СССР). Цифровой многочастотный приемник сигналов адаптивной дельта-модуляции/ Охлобыстин Ю.0. -Опубл. 07.10.90. -БИ № 37.

140. Окунев Ю.Б. Цифровая передача информации фазсмодулированными сигналами. -М.: Радио и связь, 1991. -296 с.

141. Акчурин Э.А., Иванова В.Г., Тяжев А.И. Алгоритмы цифровой обработки сигналов в микропроцессорном выходном устройстве связного радиоприемника// Тез. докл. на Всесоюзной научной сессии, посвященной Дню радио. -М.: Радио и связь, 1987. -С. 47-48.

142. Тяжев А.И. Применение метода ординат для расчета нелинейных искажений в цифровых амплитудных и частотных детекторах //Сб. тез. докл. науч.техн.конф. "Цифровая обработка сигналов всистемах связи и управления. -Ростов Великий, 1991. -С. 35-36.

143. Ясен И. Курс цифровой электроники. -М.: Мир, 1987. -412с.

144. Патент 3923944 (ФРГ). Digitalfilter und Verfahren zum Betreiben dieses Filters / Baumeister Jürgen К. Опубл. 25.1.90.

145. Патент 3841268 (ФРГ). Digital Filter / Klauk Otto. Опубл. 13. 6. 90.

146. Патент 4885546 (США). Digital demodulator for AM or FM / Atari Shoji. Опубл. 13.6.90.

147. Furtner Peter. DSP mit integriertem Codec // Elektroniс. -1991. 40, N1. - С. 75-77.

148. Vital J., Franca J. E. Arial ogne digital echo canceller based on the DAFIC building block // IEEE Int. Symp. Circuits and Syst., New Orleans, La, May 1-3, 1990. vol. 3. - C. 1935-1938.

149. Патент 4855894 (США). Frequency converting apparatus / Asahi Nobumitsu, Ikeda Tetsuo, Kawasen. Опубл. 8.8.89.

150. Патент 4902979 (США). Homodine down-converter with digital Hilbert transvorm filtering / Puckette Charles M. Опубл. 20. 2. 90.

151. Патент 4853944 (США). Digital AM/FM/VM demodulator / Lo Pei-hwa, Sokolich James M. Опубл. 1. 8. 89.

152. Armitano Robert, Hassun Roland. Digital demodulation verifies accuracy of advanced microwave signal simulators.: Motivation and theory // Microwave. J 1990. - 33, N6. -C. 183-194.

153. Патент 4930142 (США). Digital phase lock loop / Whiting Douglas L., George Glen А. Опубл. 29. 5. 90.

154. Frank G. B. , Yakos M. D. Next generation digital GPS recever // IEEE Aerosp. and Electron. Syst. Mag. 1990. -5, N7. -C. 10-15.

155. Патент 2638306 ( Франция). Recopteur ./ Fouche Yvon, Elleanme Philippe. Опубл. 27.4.90.

156. Патент 4947407 (США). Sample-and-hold digital phase-locked loop for- ASK signals / Silvian S. Опубл. 7.8.90.

157. Dunn-Rogers J. M. Digital sampling techniquesfor ESM receivers // Microwaves. -1990, N11 -C. 19-24.

158. Патент 4953184 (США). Complex bandpass digital filter / Simone Daniel A. Опубл. 28.8.90.

159. Shdlling D. IIR filtering on sigma-delta modulated signals // Electron. Lett. -1991. -27, N4. C. 307-308.

160. Патент 2621759 (Франция). Procédé et dispositif pour la detection automatiqne d'émissions radioelectriqnes de signaux / Bensedou Jean Claude. - Опубл. 14.4.89.

161. Karaman Mustafa, Onural Lèvent, Atalar Abdullah. Design and implementation of a general purpose VLSI median filter unit, and its applications // ICASSP'89: Int. Conf. Acoust. 1989. vol. 4. C. 2548-2551.

162. Патент 4817025 (США). Digital filter / Asai Shin, Miyakoshi Kazumitsu, Mochisuki Darsuke. Опубл. 28.3.89.

163. Kulp Barsy D. Digital equalization using Fourier Transform techniques // Audio Eng. Sos. Prepr. 1988, N2694. - C. 1-25

164. Патент 4821294 (США). Digital signal processor and processing method for GPS reseivers / Thomas Jess B. Опубл. 11.4.89.

165. Патент 3735933 (ФРГ). Digitales Filter mit unterabstastung / Behrens M. Опубл. 3. 5. 89.

166. Патент 4859960 (США). Digital signal demodulation / Standford Richard Т. A. Опубл. 22.8.89.

167. Патент 4857859 (США). AM digital demodulator / Asani Nobumitsu, Nakazawa Akiza. Опубл. 15.8.89.

168. Патент 4835483 (США). QAM demodulator with rapid resynchron i zat i on funct i on / Matsuura Toru. Опубл. 30. 5. 89.

169. Tsuda Т., Morita S. , Fujii Y. Digital TDM-FDM translator with multistage structure // IEEE Trans. , May 1978, N5, C. 734-741.

170. Be 11 anger M. , Bonne rot G. , Coudrese M. Digital filtering by polyphase network: application to sample-rate attenuation and filters // IEEE Trans on ASSP, v. ASSP-24, 1976, N2, C. 109-114.

171. Mclellan J. H. , Parks T. W. , Rabiner L. R. A computer program for designing optimum FIR linear phase digital filters // IEEE Trans, on AU, v. AU-21, December 1973, N6, C. 506-526.

172. Kodak D. Design of optimal finite word length FIR digital filters using integer programming techniques. IEEE Trans on ASSP, v. ASSP-28, June 1980, N3.

173. Falconer D. D. Adaptive refrence echo cancellation // IEEE Trans, on COM., v. COM-30, September 1982, N9, C. 2029-2094.

174. Candy J., Wooley B., Benjamin 0. A voiceband coder with digital filtering // IEEE Trans, on COM., v. COM-29, 1981, N6, C. 815-830.

175. Goodman D., Carey M. Nine digital filters for decimation and interpolation // IEEE Trans, on ASSP, v. ASSP-25, 1977, N2, C. 121-126.

176. Разработка алгоритмов и программ автоматизированного проектирования цифровых модемов связных радиостанций декаметро-вого диапазона: Отчет о НИР (промежут.)/КЭИС: Руководитель

177. А.И. Тяжев. -№ ГР 0I.84.0.072II7 ; Инв. № 02 86 0088826. -Куйбышев, 1986. -Часть I. -88 е., часть 2. -64 с.

178. Алгоритмы формирования и демодуляции сигналов МЧМ и ЧВМ и их реализация на РЕНАТЕ-2: Отчет о НИР (промежут.)/КЭИС: Руководитель А.И. Тяжев. ГР 01.87.0.34704 ; Инв. № 02 87 0066776. -Куйбышев, 1987. -Часть I. -92 е., Часть 2. -46 с.

179. Разработка программного обеспечения сигнальных процессоров для модемов МЧМ и ЧВМ: Отчет о НИР (промежут.)/КЗИС: Руководитель А.И. Тяжев. -№ ГР 01.87.0.34704; Инв. № 02.88.0. ООО 376. -Куйбышев, 1987. -112 с.

180. Разработка схемы двухканального модема на БИС сигнальных процессоров: Отчет о НИР (промежут.)/КЭИС: Руководитель

181. А.И. Тяжев. -№ ГР 01.87.0.034704; Инв. № 02.88.00 61877. -Куйбышев, 1988. -108 с.

182. Разработка системы отладки цифрового модема и программ цифровой обработки сигналов в мнемокодах ЦСП РИНА: Отчет о НИР (промежут.)/КЭИС: Руководитель А.И. Тяжев. -№ ГР 01.87.0. 034704; Инв. № 02.89.0006768. -Куйбышев, 1988. -122 с.

183. Отладка программ и испытания двухканального модема во всех режимах работы: Отчет о НИР (заключит,)/КЭИС: Руководитель А.И. Тя-жев. -№ ГР 01.87.0.034704; Инв. № 02.90.0004029. -Куйбышев, 1989. -116 с.

184. Разработка универсального многорежимного модема связных радиостанций на базе процессоров для цифровой обработки сигналов: Отчет о НИР (заключит.)/КЭИС: Руководитель А.И. Тяжев. ГР0190.0.0254479; Инв. № 02.79.10 005785. -Куйбышев, 1990. -84 с.

185. Цифровая обработка сигналов с большим динамическим диапазоном на базе однокристалльных процессоров: Отчет о НИР (заключит.)/ ПИИРС: Руководитель А.И. Тяжев. -№ ГР 01.9.10.020X78; Инв. № 02.9. 10.054120. -Самара, 1991. -85 е.

186. Тяжев А.И. Искажения сигналов в аналого-цифровых преобразователях//^ сб. научных трудов учебных заведений связи. Элементы и устройства систем связи. -Л.: ЛЭИС, 1991. -С. 80-86.

187. Тяжев А.И. Расчет нерекурсивных цифровых фильтров с плоской и неравномерной АЧХ //Электросвязь. -1991, № 10. -С. 43-45.

188. Тяжев А.И. Реализация цифровых генераторов на сигнальных процессорах //В сб.: Тезисы Межрегиональной научно-технической конференции "Цифровая обработка сигналов в системах связи и управ-ления". -Львов: 1992. -С 62-63.

189. Тяжев А.И., Глотов A.M., Козьяков Е.В. Вариант построения цифровых фильтров на БИС //В сб. научных трудов учебных заведений связи. Системы передачи и обработки сигналов. -Л.: ЛЭИС, 1991.-С 8-14.

190. Тяжев А.И. Расчет нерекурсивных ЦФ с аппроксимацией АЧХ полиномом второго порядка //Электросвязь. -1992, №>3. -С. 10-11.

191. Тяжев А.И. Построение умножителей и делителей частоты в устройствах с цифровой обработкой сигналов //В сб.: Тезисы науч-но-технической конференции "Пути повышения помехоустойчивости систем и средств связи". -Воронеж: НИИС, -1992. -С. 84-85.

192. Тяжев А.И. Применение операций перестановки и свертки спек тра для исследования устройств цифровой обработки сигналов //Радио техника. -1992. №12. -С. 73-76.

193. Тяжев А.И. Выходные устройства приемников с цифровой обработкой сигналов -Самара: Самарский университет, 1992. -276 с.