Архітектура прямого цифрового синтезатора частоти для рішень цифрового радіо
Визначення та характеристика основних принципів організації прямих цифрових синтезаторів. Розгляд і аналіз специфіки та можливостей застосування синтезаторів прямого цифрового синтезу для побудови телекомунікаційних систем з різними видами модуляції.
| Рубрика | Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника |
| Вид | статья |
| Язык | украинский |
| Дата добавления | 23.01.2018 |
| Размер файла | 179,2 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Хмельницький національний університет
Архітектура прямого цифрового синтезатора частоти для рішень цифрового радіо
К.т.н., Полікаровських О.І.
Київ, 7 травня 2012
Анотації
Розглянуто принципи організації прямих цифрових синтезаторів частоти - DDS. Виконано математичний аналіз функціонування основних елементів такого синтезатора. Розглянуто можливості застосування синтезаторів прямого цифрового синтезу для побудови телекомунікаційних систем з різними видами модуляції. Застосування цифрових синтезаторів прямого синтезу DDS значно спрощує архітектуру радіоапаратури з точки зору спрощення побудови модуляторів, демодуляторів. Значно спрощується реалізація складних видів модуляції (QAM).
Ключові слова: Software Defined Radio (SDR), радіозв'язок з програмованими параметрами компонентів, середня довжина вільного пробігу молекул, АЦП, ЦАП, КАМ, прямий синтезатор частоти, Software Defined Radio (SDR), ADC, DAC, direct frequency synthesizer (DDS), QAM
The principles of direct digital frequency synthesizers - DDS. A mathematical analysis of the functioning of key elements of the synthesizer. The possibilities of application of direct digital synthesizers synthesis for the construction of telecommunication systems with different types of modulation. Thus the use of digital synthesizers direct synthesis DDS greatly simplifies the architecture of radio in terms of simplification of construction modulators, demodulators. Simplify the implementation of complex types of modulation like QAM.
Вступ
Постановка задачі. У розвинутих країнах світу активно ведуться розробки технології, що отримала загальну назву Software Defined Radio (SDR) - радіозв'язок з програмованими параметрами компонентів (РППК)[1]. Суть технології SDR (РППК) полягає у тому, що базові параметри приймально-передавальних пристроїв визначаються саме програмним забезпеченням, а не апаратною конфігурацією. Вихідним елементом радіопередавача у такій технології є, як правило, цифровий синтезатор частоти з можливістю модуляції усіх базових параметрів сигналу (фази, частоти, амплітуди). Параметри такого синтезатора визначають якість роботи систем побудованих за технологією SDR. У процесі роботи DDS синтезатора виникає цілий ряд джерел похибок і шумів синтезатора, що призводить до погіршення тактико-технічних характеристик такої апаратури. Завданням роботи є виявлення оптимальної побудови внутрішньої структури синтезатора з метою мінімізації шумів систем SDR.
Аналіз досліджень та публікацій
DDS (Direct Digital Synthesizer - Прямий цифровий синтезатор) у спрощеному вигляді представлено на рисунку 1. DDS має у своєму складі такі основні функціональні блоки: фазовий акумулятор, перетворювач фаза - амплітуда (зазвичай це блок постійної пам'яті з записаними у неї значеннями функції синус - косинус ), цифро-аналоговий перетворювач та фільтр.
Зазвичай фазовий акумулятор складається з регістра частоти розрядністю j, який зберігає значення частоти, що потрапляє на повний суматор результат роботи котрого заноситься у регістр фази. З кожним тактом fclk опорної тактової частоти значення слова фази додається до даних, що зберігаються у регістрі фази. Значення P являє собою кут фази, який додається до попереднього значення кожні секунди, та формує лінійно зростаючу цифрову послідовність. Значення фази формується у результаті переповнення фазового акумулятора розрядністю j-біт. Частота переповнення фазового акумулятора визначає вихідну частоту синтезатора відповідно до виразу:
(1)
де - слово приросту фази, j - кількість біт аккумулятора фази, - опорна тактова частота, -вихідна частота синтезатора. При цьому завжди виконується: цифровий синтезатор телекомунікаційний
(2)
у відповідності до теореми Котельникова [2]. У випадку повного фазового циклу , вираз 1 дає розрізнювальну здатність синтезатора:
(3)
У блоці перетворення фази на амплітуду (постійному запам'ятовуючому пристрої ROM) з таблиці синусу приріст значення фази перетворюється у цифрові значення амплітуди синусоідального коливання. У ідеальному випадку вихідна секвентність з таблиці може бути представлена у виді:
(4)
де -це значення фазового регістру розрядністю j на n -му такті вхідної частоти. Період повторення фазового акумулятора визначається як мінімальне значення для яких для всіх n. А період повторення вихідної послідовності фазового аккумулятора визначається:
(5)
де є найбільший спільний дільник від та .
Рис.1. Структурна схема DDS, та перетворення сигналів у ньому.
Таким чином спектр вихідного сигналу DDS залежить від параметрів цифро-аналогового перетворення і характеризується дискретним спектром, що містить у своєму складі набори частот , де
Амплітуди цих компонент можуть бути оцінені за допомогою функції
(6)
Цей ефект може бути подоланий за допомогою оберненого фільтра. Якщо DDS формує частоту близьку до то першу паразитну гармоніку неможливо відфільтрувати. Це ще додатково знижує максимально синтезовану частоту. На практиці використовують не більше 40% від тактової частоти.
Застосування DDS не обмежується формування частоти або сітки частот. Основне застосування DDS знаходять у системах зв'язку із різними видами модуляції. У DDS можливо цифровим способом модулювати усі три параметри базового сигналу:
(7)
де це амплітудна модуляція, - частотна модуляція, - фазова модуляція. Отже будь яка форма сигналу може бути синтезована на основі цих трьох видів модуляції з врахуванням теореми Котельникова. На рис.2 представлено архітектуру синтезатора із трьома видами модуляції.
Рис.2. Архітектура DDS з можливістю модуляції.
Завданням, що часто виникає у сучасних засобах зв'язку, є реалізація квадратурного модулятора (КАМ (QAM) - модулятор), розглянемо методи його реалізації за допомогою цифрового синтезатора частоти.
Вихід такого модулятора має дві квадратурні складові:
(8)
де частота виходу квадратурного прямого цифрового синтезатора частоти QDDS, а , відповідно модулюючі сигнали [3]. Архітектуру такого модулятора наведемо на рис.3. Аттенюатор використовується для компенсації спадання форми вихідного спектру у вигляді функції , та часткової компенсації спотворень фази та амплітуди в вихідних аналогових фільтрах.
Рис3. QAM модулятор на основі квадратурного QDDS
Смуговий фільтр обмежує смугу випромінюваного сигналу, результатом чого є обмеження кількості каналів, що можуть бути використані, а в той самий час зменшує міжканальну інтерференцію. Інтерполюючий фільтр подавляє дзеркальні складові у сигналі спектру вихідного сигналу. Квадратурний синтезатор прямого синтезу за допомогою комплексного перемноження та додавання переносить квадратурні сигнали з основної смуги частот на проміжну частоту.
Архітектура такого модулятора значно простіша за аналогові рішення, і може використовуватись у портативній апаратурі [4,5].
Висновки
Розглянуто принципи організації прямих цифрових синтезаторів частоти - DDS. Виконано математичний аналіз функціонування основних елементів такого синтезатора. Розглянуто можливості застосування синтезаторів прямого цифрового синтезу для побудови телекомунікаційних систем з різними видами модуляції. Отже застосування цифрових синтезаторів прямого синтезу DDS значно спрощує архітектуру радіоапаратури з точки зору спрощення побудови модуляторів, демодуляторів і наближає апаратуру до концепції SDR. Значно спрощується реалізація складних видів модуляції (QAM). Завданням подальших досліджень є аналіз впливу похибок прямого цифрового синтезу на характеристики вихідного сигналу QAM модулятора та методи зменшення впливу на якість спектру вихідного модульованого сигналу.
Література
1. Силин А. Технология Software Defined Radio . Теория, принципы и примеры аппаратных платформ / Силин А. // Технологии и стандарты. - 2007. - № 2. - С. 22 - 27.
2. Vankka J. Direct Digital Synthesizers:Theory, Design and Applications/ Vankka J. // Helsinki University of Technology. - 2000. - С. 192.
3. Манассевич В, Синтезаторы частот. Теория и проектирование: Пер. с англ./Под ред. А.С. Галина. - М.: Связь, 1979.
4. Побережский Е.С. Цифровые радиоприемные устройства. - М.: Радио и связь, 1987.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Алгоритмічні принципи цифрового синтезу. Динаміка розвитку цифрових синтезаторів прямого синтезу. Перспективі інтегральні технології при розробці монолітних цифрових синтезаторів частот. Додавання псевдовипадкового числа до фазового накопичувача.
реферат [332,3 K], добавлен 06.11.2010Методика синтезу цифрових фільтрів з кінцевими імпульсними характеристиками частотною вибіркою. Розрахунок основних елементів цифрового фільтру, АЧХ та ФЧХ цифрового фільтру. Визначення часу затримки при проходженні сигналу, структурна схема фільтру.
курсовая работа [1,6 M], добавлен 28.10.2011Аналіз чинників, що впливають на рівень внутрішньо-системних завад систем мобільного зв’язку. Переваги технології цифрового діаграмоутворення. Закордонні концепції побудови систем мобільного зв’язку. Завадозахищеність телекомунікаційних магістралей.
реферат [9,4 M], добавлен 11.08.2009Загальні відомості про цифро-аналоговий перетворювач (ЦАП) призначений для перетворення числа у вигляді двійкового коду у напругу або струм, пропорційний значенню цифрового коду. Класифікація схем ЦАП. Системи прямого цифрового синтезу сигналів.
курсовая работа [4,2 M], добавлен 29.06.2010Вибір траси та укладання спрощеної схеми організації зв’язку. Розрахунок еквівалентної кількості основних цифрових каналів. Цифрова система передачі і тип кабелю. Розміщення регенераційних пунктів на магістралі. Завадостійкість цифрового лінійного тракту.
курсовая работа [1,1 M], добавлен 21.04.2011Розрахунок частоти коливань генератора. Визначення додаткового опору для вимірювання заданої напруги. Визначення меж відхилення відліку частоти. Відносна нестабільність частот цифрового генератора. Рівень сигналу в дБ. Абсолютна та відносна похибка.
контрольная работа [95,0 K], добавлен 06.11.2016Історія розвитку послуг IN. Розподілена та централізована архітектура побудови IN. Переваги цифрових комутаційних систем і цифрових систем передачі. Функції контролю та адміністративного управління IN. Частково розподілена архітектура побудови IN.
реферат [558,8 K], добавлен 16.01.2011Розрахунок швидкості цифрового потоку та потужності передавача. Вимоги до способів модуляції. Квадратурна амплітудна та фазова модуляція. Спосіб частотного ущільнення з ортогональними несучими. Стандарт кодування з інформаційним стисненням MPEG-2.
курсовая работа [213,4 K], добавлен 23.08.2014Особенности развития современных систем телевизионного вещания. Понятие цифрового телевидения. Рассмотрение принципов организации работы цифрового телевидения. Характеристика коммутационного HDMI-оборудования. Анализ спутникового телевидения НТВ Плюс.
курсовая работа [2,0 M], добавлен 14.09.2012Розробка структурної схеми системи цифрового зв’язку для заданого виду модуляції та способу приймання повідомлення. Пропускна здатність двійкового каналу. Аналіз результатів та рекомендації щодо їх покращення з метою підвищення рівня завадостійкості.
курсовая работа [1,1 M], добавлен 24.08.2012Обоснование необходимости проектирования цифрового эфирного телевидения. Состав радиотелевизионной передающей станции. Выбор цифрового передатчика. Обоснование проектируемой одночастотной сети цифрового наземного эфирного телевизионного вещания.
дипломная работа [3,1 M], добавлен 28.11.2014Вимірювання напруги. Принцип роботи цифрового вольтметру. Структурна схема цифрового вольтметра. Основні параметри цифрового вольтметра. Схема ЦВ з час-імпульс перетворенням та часові діаграми напруг. Метод час-імпульсного перетворення.
контрольная работа [84,9 K], добавлен 26.01.2007Основні види і параметри цифрових осцилографів. Вимірювання за допомогою цифрового осцилографа GDS-840С. Архітектура послідовної обробки вхідних сигналів. Вдосконалення існуючої методики випробування цифрового запам’ятовуючого осцилографа типу GDS-840С.
дипломная работа [796,4 K], добавлен 20.06.2014Обзор цифровых синтезаторов сигнала: прямого аналогового и косвенного. Создание структурной схемы генератора. Регистр управления цифрового синтезатора частоты AD9833 и микроконтроллера AT90USB162. Аналоговая часть устройства и выбор его элементной базы.
курсовая работа [1,2 M], добавлен 04.05.2015Загальна характеристика синхронного цифрового обладнання, основні методи перетворення та інформаційна структура, короткий опис апаратури мереж та основні аспекти архітектури. План побудови транспортної мережі на основі синхронного цифрового обладнання.
курсовая работа [677,0 K], добавлен 07.05.2009Расчет цифрового и аналогового фильтра-прототипа. Структурные схемы и реализационные характеристики фильтра. Синтез цифрового фильтра в системе программирования MATLAB. Частотные и импульсные характеристики цифрового фильтра, карта его нулей и полюсов.
курсовая работа [564,8 K], добавлен 24.10.2012Процес передачі повідомлення, канали та принципи ущільнення ліній. Формування цифрового потоку, структура системи передачі Е1. Основні параметри інтерфейсу та форми імпульсу. Аналіз та вимірювання цифрового потоку Е1, техніко-економічне обґрунтування.
дипломная работа [1,9 M], добавлен 12.01.2012Формирование современной инфраструктуры связи и телекоммуникаций в Российской Федерации. Направления развития цифрового, кабельного и мобильного телевидения. Наземные и спутниковые сети цифрового телерадиовещания. СЦТВ с микроволновым распределением.
контрольная работа [230,9 K], добавлен 09.05.2014Исследование структурной схемы цифрового автомата и операционного устройства. Алгоритм функционирования цифрового автомата в микрооперациях. Кодирование его состояний. Характеристика функций возбуждения триггеров и формирования управляющих сигналов.
курсовая работа [3,6 M], добавлен 06.12.2013Виды модуляции в цифровых системах передачи. Построение цифрового передатчика на примере формирования сигнала формата 64КАМ. Структурная схема синтезатора частот, цифрового приемника и приёмопередающего тракта. Расчет элементов функциональной схемы СВЧ-Т.
курсовая работа [3,2 M], добавлен 06.02.2012
