Метод множення частоти фазоманіпульованих сигналів

Размещено на http://www.allbest.ru/

ХАРКІВСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ РАДІОЕЛЕКТРОНІКИ

Спеціальність 05.12.13 - радіотехнічні пристрої та засоби телекомунікацій

УДК 621.374

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

Метод множення частоти фазоманіпульованих сигналів

Лімаренко Павло

Васильович

Харків - 2011

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Харківському національному університеті радіоелектроніки Міністерства освіти і науки, молоді та спорту України.

Науковий керівник:

кандидат технічних наук, доцент Зеленін Анатолій Миколайович,
Харківський національний університет радіоелектроніки, професор кафедри мереж зв'язку.

Офіційні опоненти:

доктор технічних наук, професор Лошаков Валерій Андрійович,
Харківський національний університет радіоелектроніки, професор кафедри телекомунікаційних систем;

кандидат технічних наук, с.н.с. Подорожняк Андрій Олексійович,
Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут», доцент кафедри обчислювальної техніки та програмування.

Захист відбудеться « 25 » травня 2011 р. о 1300 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 64.052.09 в Харківському національному університеті радіоелектроніки за адресою: 61166, м. Харків, пр. Леніна, 14, ауд. 13 .

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Харківського національного університету радіоелектроніки за адресою: 61166, м. Харків, пр. Леніна, 14.

Автореферат розісланий « 19 » квітня 2011 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради кандидат технічних наук, доцент Є.В. Дуравкін

1. ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Процес розвитку телекомунікацій в останнє десятиріччя минулого сторіччя та перше десятиріччя поточного тісно пов'язаний з небувалим за темпами та масштабами зростанням значення бездротових технологій в усіх сферах людської діяльності.

Бездротові мережі передачі даних та інформації являють собою сьогодні флагманську галузь телекомунікаційної індустрії за кількістю додатків, гнучкості розгортання та економічної ефективності. В зарубіжній літературі бездротовим телекомунікаційним технологіям приділяють дуже багато уваги. В країнах же ближнього зарубіжжя - значно менше. Але як би не відрізнялись масштаби дослідницьких досягнень різних країн, присутнє взаємне та однозначне розуміння того, що саме вибір типу модуляції у значній мірі впливає на основні технічні та економічні характеристики систем бездротового зв'язку: радіочастотні ресурси, кількість абонентів, що обслуговуються, складність апаратури і т.д.

Як було доведено ще у 1946 р. В.А. Котельніковим у своїй докторській дисертації "Теорія потенційної завадостійкості", фазова маніпуляція є найкращім способом передачі двійкових сигналів, а потенційна завадостійкість, що досягається при цьому, не може бути перевершена ніякими іншими методами передачі. Безсумнівно, дослідження В.А. Котельнікова послужили спонуканням для подальших пошуків шляхів впровадження фазоманіпульованих (ФМн) сигналів в системи передачі інформації. Тому сьогодні ФМн сигнали находять широке застосування у техніці зв'язку.

Однак, згідно з проведеним аналізом, дотепер існує проблема, яка стримує розвиток техніки, що використовує фазову маніпуляцію. Вона полягає у складності схемотехнічної реалізації пристроїв перетворення та обробки сигналів такого типу. Зокрема, це обумовлено тим, що перетворення фазоманіпульованих сигналів за частотою з використанням пристроїв типу "змішувач", які широко використовується у техніці зв'язку, призводить до спотворення сигналу та припускає використання у вихідних колах резонансних схем порядку більшого ніж два, що призводить до появи викидів на перехідній характеристиці.

Отже, актуальною є наукова задача, що полягає у розвитку методів множення частоти
маніпульованих сигналів, зокрема, найбільш завадостійких - фазоманіпульованих, шляхом розробки нового методу та структури пристрою переносу за частотою спектра ФМн сигналів без використання змішувачів, а з використанням техніки множення частоти та такого, що зберігає фазові інформаційні ознаки вхідного сигналу та не помножує присутні в ньому фазові спотворення.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційні дослідження пов'язані з виконанням планової НДР № 240-5 «Розробка прикладних методів цифрової обробки інформації та синтезу сигналів в інтегрованих мережах мобільного зв'язку», (ДР № 0109U001636), яка виконувалась згідно з тематичним планом НДР Харківського національного університету радіоелектроніки і в якій автор виступав виконавцем.

Мета роботи. Розробка методу множення частоти фазоманіпульованих сигналів, що дозволяє помножувати частоту несучого коливання сигналу, зберігаючи при цьому фазові інформаційні ознаки вхідного сигналу та не помножувати присутні в ньому фазові спотворення.

Для досягнення поставленої мети в роботі сформульовані та вирішені такі задачі досліджень:

- аналіз сучасних методів множення частоти маніпульованих та, зокрема, фазоманіпульованих сигналів;

- розробка структури пристрою, що реалізує метод множення частоти сигналів з фазовою маніпуляцією;

- визначення критерію оцінки ступеня впливу помножувача частоти на параметри вихідного сигналу;

- розробка імітаційної моделі, що дозволяє визначити параметри пристрою для забезпечення заданих вимог щодо фазових спотворень;

- вибір способу схемотехнічної реалізації складових блоків пристрою;

- апробація запропонованого методу на конкретній схемотехнічній базі;

- розробка рекомендацій щодо використання результатів дисертаційної роботи у практиці науково-дослідної та інженерної діяльності.

Об'єктом досліджень є процес перетворення частоти маніпульованих сигналів в радіотехнічних та бездротових телекомунікаційних системах.

Предметом досліджень є метод множення частоти фазоманіпульованих сигналів.

Методи досліджень базуються на основних положеннях спектрального аналізу сигналів, топологічного аналізу електричних кіл, математичного моделювання, імітаційного та натурного експерименту.

Наукова новизна отриманих результатів. Під час розв'язання поставленої наукової задачі автором було отримано наступні нові наукові результати:

- розроблено новий метод множення частоти фазоманіпульованих сигналів, що на відміну від існуючих методів, забезпечує множення лише частоти несучого коливання, у той час, як фаза сигналу залишається незмінною та не призводить до множення фазових спотворень, що присутні у вхідному сигналі;

- вперше синтезовано структуру помножувача частоти фазоманіпульованих сигналів, в якій у якості базового помножувача частоти кратності два використовується оптимізований за кутом відтину помножувач, що працює за принципом фазового придушення;

- вперше доведено можливість перетворення фазоманіпульованих сигналів за частотою без використання змішувачів та допоміжних джерел опорних, гетеродинуючих і проміжних частот.

Практичне значення отриманих результатів. Запропонований в роботі метод та реалізований на його основі пристрій можуть бути використані під час проектування прийомопередавальної апаратури систем мобільного зв'язку, в пристроях формування чи переносу сигналів за частотою без використання змішувачів та допоміжних джерел опорних, гетеродинуючих і проміжних частот. Проведені дослідження щодо врахування неідеальностей компонентів схеми дозволяють розробити обґрунтовані вимоги до параметрів елементів блоків помножувача частоти фазоманіпульованих сигналів, які в подальшому можуть бути використані під час проектування прийомопередавальних вузлів радіотехнічного та телекомунікаційного обладнання. Крім того, результати дисертаційної роботи було використано під час виконання науково-дослідної роботи № 240-5 «Розробка прикладних методів цифрової обробки інформації та синтезу сигналів в інтегрованих мережах мобільного зв'язку», в якій автор виступав виконавцем. Запропонований метод та імітаційні моделі використані в навчальному процесі кафедри мереж зв'язку Харківського національного університету радіоелектроніки, зокрема, в дисциплінах: «Основи схемотехніки» та «Системи зв'язку з рухомими об'єктами». Використання результатів дисертаційної роботи підтверджено відповідними актами впровадження. Отримано 2 патенти, зокрема, патент на винахід «Пристрій для множення частоти несучого коливання сигналу з біфазною модуляцією» (№86655, номер заявки а200705377; заявл. 16.05.2007; опубл. 12.05.2009, Бюл. № 9), та патент на корисну модель «Пристрій для множення частоти несучого коливання сигналу з біфазною модуляцією» (№39831, номер заявки u200812719; заявл. 31.10.2008; опубл. 10.03.2009, Бюл. № 5).

Особистий внесок здобувача. Усі основні наукові та практичні результати, що наведені у дисертаційній роботі, здобувач отримав самостійно. У роботах, виконаних у співавторстві, особисто Лімаренко П.В. належать наступні наукові результати: у роботі [1] автору належить ідея реалізації методу множення частоти сигналів з фазовою маніпуляцією; у роботі [2] автором був проведений аналіз похибок у роботі базового помножувача частоти з фазовим придушенням суміжних гармонік; у роботі [4] автором була проведена оцінка апаратної похибки обмежувача ФМн сигналів; у роботі [8] автору належить ідея моделі універсального помножувача частоти фазоманіпульованих сигналів; у роботі [9] автором була розроблена імітаційна модель помножувача PSK сигналів.

Апробація результатів роботи. Основні результати дисертаційної роботи доповідались та обговорювались на восьми науково-технічних конференціях (форумах), зокрема: 12-му, 13-му, 14-му Міжнародних молодіжних форумах «Радіоелектроніка та молодь у ХХІ столітті» (Харків, 2008, 2009, 2010); 3-му Міжнародному радіоелектронному форумі «Прикладна радіоелектроніка. Стан та перспективи розвитку» МРФ-2008 (Харків, 2008); 6-ій Міжнародній молодіжній науково-технічній конференції «Сучасні проблеми радіотехніки та телекомунікацій РТ-2010» (Севастополь, 2010).

Публікації. Основні положення дисертації висвітлено у 12 працях, з яких 7 виконано без співавторства. Серед праць: 4 статті в наукових фахових виданнях, затверджених ВАК України [1, 2, 4, 5], 1 стаття у закордонному науково-теоретичному та практичному журналі [3]. Отримано 2 патенти: на винахід [12] та на корисну модель [11]. Крім того, матеріали дисертації опубліковані у п'яти збірках тез доповідей науково-технічних конференцій і форумів [6-10].

Структура та обсяг дисертації. Дисертація складається зі вступу, п'яти розділів, висновків, додатків і містить 175 сторінок основного тексту, 114 рисунків, 4 таблиці, список використаних джерел, що включає 60 найменувань.

2. ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтована актуальність досліджень проведених у дисертаційній роботі, сформульовані мета і задачі дослідження, вказуються наукова новизна та практичне значення результатів роботи.

У першому розділі на основі огляду сигнальних конструкцій та сигналів, що використовуються в сучасних радіотехнічних та телекомунікаційних системах встановлено, що серед основних способів модуляції у сучасних бездротових системах найбільш перспективною є фазова маніпуляція, як найбільш завадостійка.

Аналіз розвитку мереж радіодоступу та мереж рухомого зв'язку показав наявність проблеми "затягування частоти" генератора керованого напругою (ГКН), що виникає за рахунок потрапляння частини потужності сигналу, що випромінюється, до синтезатору частот, який на сьогодні є невід'ємною частиною архітектури багатьох телекомунікаційних пристроїв. Серед найпоширеніших методів усунення цього паразитного ефекту сьогодні виокремлюють: екранування, використання буферних каскадів та, як найбільш ефективний, метод рознесення за частотою "потужного" сигналу, що випромінюється, та ГКН.

Проведений аналіз існуючих методів перетворення сигналів за частотою, який дозволяє вирішити вище згадану задачу рознесення за частотою двох сигналів, виявив, що використання як перетворювачів частоти зі змішувачами, так і помножувачів частоти або недопустиме, або призводить до значного погіршання показників якості радіотехнічних пристроїв у разі використання ФМн сигналів та потребує використання додаткових джерел опорних, гетеродинуючих і проміжних частот.

Для вирішення зазначеної проблеми сформульовано наукову задачу, що полягає у розвитку методів множення частоти маніпульованих сигналів, зокрема, фазоманіпульовних:

,

де - коефіцієнт множення; - фазова маніпуляція; - фазові спотворення.

У другому розділі дисертаційної роботи в рамках сформульованих вимог щодо множення частоти сигналів з фазовою маніпуляцією (1) розроблено метод множення частоти фазоманіпульованих сигналів (МЧФС), що дозволяє помножувати частоту несучого коливання, у той час, як фазові інформаційні ознаки залишаються незмінними та не відбувається множення фазових спотворень, що присутні у вхідному ФМн сигналі:

.

Використання виразу (2) у якості алгоритму формування вихідних сигналів дозволяє синтезувати структурну схему пристрою, що помножує частоту несучого коливання фазоманіпульованого сигналу. Так, наприклад, для значення схема має вигляд наведений на рис.1, де блок "х2" - базовий помножувач частоти кратності два, - перемножував сигналів, - суматор сигналів, "ФО" - фазообертач, що забезпечує зсув фази на величину р/2.

Рис. 1. Структурна схема помножувача частоти за методом МЧФС

(рис.4), що являє собою помножувач частоти з фазовим придушенням суміжних гармонік (ПФП).

Третій розділ роботи присвячений дослідженню структури базового помножувача частоти з фазовим придушенням суміжних гармонік (рис.4).

рівняння Ейлера спектр сигналу на виході БП (рис.6) може бути розраховано як

,

де та - спектри сигналів в каналах 1 та 2 відповідно; - частота вхідного коливання; - період вхідного коливання.

Аналіз виразу (4) дає можливість зробити висновок про те, що усі коефіцієнти ряду Фур'є з непарними номерами обертаються в нуль, тобто подвоюється частотний інтервал між суміжними гармоніками, та подвоюються усі коефіцієнти з парними номерами.

Звертаючи увагу на те, що вихідний сигнал ще дуже відрізняється від гармонічного, була виконана оптимізація кута відтину НЕ, задля забезпечення більшої прорідженості спектра в районі корисної гармоніки з подвоєною частотою.

Враховуючи, що найближчою до корисної є гармоніка з почетвереною частотою, було розв'язано рівняння, в якому прирівнюється нулю четверта функція Берга (рис.7):

.

Результатом розв'язання (5) стали значення кутів відтину у та . На рис.8 наведено часову (а) та спектральну (б) діаграми сигналу на виходи БП при значенні кута відтину .

Аналіз отриманих залежностей свідчить про те, що в результаті оптимізації кута відтину НЕ рівень гармонійної складової з подвоєною частотою зменшився приблизно на 25% у порівнянні з випадком коли , однак при цьому, за рахунок збільшення частотної відстані до найближчої гармоніки, полегшується виділення корисної складової.

Для оцінки якості роботи БП у розділі також проведено аналіз похибок у його роботі, що можуть виникати в реальних умовах експлуатації, а саме: неточність фазових зсувів (часових затримок) окремих імпульсів у каналах (рис.9, а) та неідентичність амплітуд окремих імпульсів (рис.9, б). В якості критерію оцінювання використано параметр, що характеризує ступінь придушення, суміжних з другою, першої та третьої гармонік, як для випадку неточності фазових зсувів (6, 7), так і для неідентичності амплітуд (8, 9).

,

,

,

,

де , , - амплітуди першої, другої та третьої гармонік відповідно; , , - параметри, що однозначно визначаються кутом відтину .

За результатами розрахунків отримано залежності, що дають можливість оцінити ступінь придушення паразитних суміжних гармонік при заданих рівнях похибок у роботі БП: для фазових похибок (рис.10, а) та для амплітудних (рис.10, б).

Рис. 10. Ступінь придушення паразитних суміжних гармонік

В результаті досліджень отримано висновки про те, що схема БП забезпечує придушення суміжних першої та третьої гармонік порядку 15 дБ при величині фазової нестабільності порядку 3 ?,

Результати досліджень БП підтвердили усі теоретично розраховані залежності (рис.8), а моделювання впливу фазових (рис.12, а) та амплітудних (рис.12, б) похибок на ступінь придушення суміжних гармонік показало відхилення від теоретичних кривих у рамках 5%.

Рис. 12. Результати порівняння теоретичних та експериментальних значень ступенів придушення паразитних суміжних гармонік

В результаті моделювання роботи помножувача частоти за методом МЧФС (для випадку значення коефіцієнта множення ) було підтверджено теоретичні (рис.2) розрахунки. На базі моделі проведено дослідження щодо можливості застосування методу МЧФС до сигналів з багаторівневою фазовою маніпуляцією. Результати моделювання (рис.13) підтвердили висунуті припущення, що дозволяє зробити висновок про універсальність запропонованої структури відносно кількості рівнів фазової маніпуляції у вхідному сигналі. сигнал помножувач блок прилад

У п'ятому розділі проведено схемотехнічний аналіз усіх складових блоків запропонованої структури помножувача за методом МЧФС (рис.1).

В якості БП використано структуру, що складається з послідовно з'єднаних двопівперіодного випростувача (ДВ), що формує імпульсну послідовність, та обмежувача амплітуди (ОА), що забезпечує потрібний кут відтину. Блок ДВ реалізовано на базі схеми різницевого підсилювального каскаду на операційному підсилювачі (ОП) з об'єднаними входами. Функції блоку ОА виконує схема амплітудного обмежувача високої частоти на НЕ.

Для забезпечення зсуву фази вхідного коливання на величину р/2 використано схему фазообертача першого порядку на ОП, що забезпечує зсув фази у діапазоні [0, р] та має теоретично лінійну амплітудно частотну характеристику у всьому частотному діапазоні.

Для перемноження сигналів використано схему диференційного підсилювача, що широко використовується в радіотехнічній апаратурі.

Складання сигналів реалізовано на базі схеми неінвертуючого підсилювача на ОП.

Для всіх схем отримано, як теоретичні частотні характеристики, так і реальні для певної сучасної елементної бази. Для аналізу схем на ОП було використано топологічний метод аналізу, що дозволило значно спростити процедуру розрахунків. Під час аналізу враховано неідеальності ОП, що дозволило отримати більш точні частотні характеристики.

На базі сформованих рекомендацій щодо практичної реалізації розроблено принципову електричну схему пристрою, що забезпечує множення частоти несучого коливання ФМн сигналів за методом МЧФС. З використання програмного пакету NI Multisim 10.0 проведено машинне моделювання, результати якого підтвердили вірність проведених розрахунків.

За розробленою схемою реалізовано макет пристрою (рис.14) (в макеті використано здвоєні ОП типу UA747C TI DIP-14, аналогові перемножувачі сигналів КМ525ПС2 DIP-14, опори типу MF-12, 1% ROY ISO9002, потенціометри багатообертальні типу КД-2 5% NPO MURATA ISO9002 та стабілітрони типу 1N4737A DO-41 VISHAY ISO9002).

Рис. 14. Макет пристрою для множення частоти за методом МЧФС

Результати натурного моделювання показали (рис.15 - 17), що відхилення теоретичних характеристик, як для базового помножувача БП, так і для помножувача за методом МЧФС знаходяться в межах похибок вимірювальних приладів, тобто експериментальні характеристики практично точно повторюють теоретичні.

Результати моделювання підтвердили правильність запропонованого методу множення частоти фазоманіпульованих сигналів та можливість технічної реалізації пристрою, що його реалізує.

ВИСНОВКИ ПО РОБОТІ

У дисертаційній роботі вирішено актуальну науково-прикладну задачу, що полягає у розвитку методів множення частоти маніпульованих сигналів, зокрема, найбільш завадостійких - фазоманіпульованих, шляхом розробки нового методу та структури пристрою переносу за частотою спектра ФМн сигналів без використання змішувачів, а з використанням техніки множення частоти, та такого, що зберігає фазові інформаційні ознаки вхідного сигналу та не помножує присутні в ньому фазові спотворення. Під час розв'язанні поставленої науково-практичної задачі отримано такі наукові результати:

1. На основі проведеного аналізу існуючих методів модуляції виявлено, що саме фазова маніпуляція має найбільшу завадостійкість у порівнянні з іншими методами передачі, що обумовлює її широке застосування в техніці зв'язку. Аналіз також виявив наявність проблеми пов'язаної з труднощами перетворення фазоманіпульованих сигналів за частотою (паразитна амплітудна модуляція, викиди на перехідних характеристиках вихідних вибіркових систем при зміні фази), яке є необхідним при проектуванні радіопередавальної апаратури для усунення паразитних ефектів просочування сигналу несучої від РЧ ГУН на передавальну антену та затягування частоти ГУН.

2. З метою вирішення виокремленої проблеми розроблено метод множення частоти фазоманіпульованих сигналів, що не потребує використання додаткових джерел опорних, гетеродинуючих і проміжних частот, та дозволяє помножувати частоту несучого коливання, у той час, як залишаються незмінними фазові інформаційні ознаки та не відбувається множення фазових спотворень, що присутні у вхідному ФМн сигналі. Синтезовано структуру радіотехнічного пристрою, що реалізує множення частоти за методом МЧФС, та завдяки використанню у якості БП схеми з фазовим придушення суміжних гармонік, не містить високодобротних вибіркових кіл.

3. Проведено аналіз базового помножувача з фазовим придушенням суміжних гармонік. Виконано оптимізацію кута відтину нелінійного елементу, що надало можливість, окрім придушення усіх гармонійних складових з непарними номерами, видалити зі спектру найближчу до корисної складову з парним номером. Виокремлено та досліджено виникаючі під час роботи БП похибки: амплітудні, що пов'язані з неідентичністю коефіцієнтів передачі по каналах БП; та фазові, що виникають при неточній часовій затримці імпульсів у лінії затримки. За результатами досліджень виявлено, що БП забезпечує придушення суміжних першої та третьої гармонік порядку 15 дБ при величині фазової нестабільності порядку , та 25 дБ при амплітудній нестабільності порядку 30%. Аналіз присутності завади у вхідному сигналі БП показав, що схема, окрім придушення гармонійних складових з частотою вхідного коливання, гармонік з непарними номерами та найближчої парної, забезпечує придушення складових близьких за частотою до вхідного коливання.

4. Розроблено імітаційні моделі БП та помножувача частоти за методом МЧФС. Результати досліджень БП підтвердили теоретичні розрахунки, а отриманні в результати моделювання впливу амплітудних та фазових похибок на роботу БП залежності мають відхилення від розрахункових не більше 5%. При моделюванні роботи помножувача частоти за методом МЧФС також було підтверджено теоретичні розрахунки. На базі розробленої моделі проведено дослідження щодо можливості застосування запропонованого методу МЧФС до сигналів з багаторівневою фазовою маніпуляцією, які виявили універсальність методу відносно кількості рівнів фазової маніпуляції у вхідному сигналі.

5. Для формування рекомендації щодо практичної реалізації запропонованої структури пристрою, яка забезпечує множення частоти за методом МЧФС, проведено схемотехнічний аналіз усіх складових блоків, що входять до неї. Для всіх запропонованих схем розраховано, як теоретичні частотні характеристики, так і проведено дослідження для реальної сучасної схемотехнічної бази. Під час розрахунків було враховано неідеальності частотних характеристик реальних елементів, що дозволило отримати наближені до реальних залежності.

6. На базі розроблених рекомендацій розроблено принципову електричну схему та реалізовано макет пристрою помножувача частоти за методом МЧФС. Результати моделювання роботи електричної схеми співпали з результатами імітаційного моделювання, а результати натурного експерименту показали, що відхилення від результатів моделювання, як для БП, так і для МЧФС знаходяться у межах похибок вимірювальних приладів.

7. Результати дисертаційної роботи використано під час виконання науково-дослідної роботи № 240-5 «Розробка прикладних методів цифрової обробки інформації та синтезу сигналів в інтегрованих мережах мобільного зв'язку» та в навчальному процесі кафедри мереж зв'язку Харківського національного університету радіоелектроніки. Використання результатів дисертаційної роботи підтверджено актами впровадження.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Лимаренко П.В. Умножитель частоты несущего колебания фазоманипулированного сигнала / П.В. Лимаренко, А.Н. Зеленин // Радиотехника. - 2007. - №148. - С.224-227.

2. Лимаренко П.В. Влияние неточности фазовых сдвигов на подавление смежных гармоник / П.В. Лимаренко, И.А. Чуев, А.Н. Зеленин // Східно-Європейський журнал передових технологій. - 2007. - №3(27). - С.75-78.

3. Лимаренко П.В.Умножитель частоты несущего колебания сигналов с угловой модуляцией на основе структуры с фазовым подавлением смежных гармоник / П.В. Лимаренко, А.Н. Зеленин // Орланды? ?ылым жаршысы: Научно-теоретический и практический журнал. - 2008. - № 7(15). - С.89-95.

4. Лимаренко П.В. Оценка аппаратной погрешности ограничителя PSK сигналов / П.В. Лимаренко //Східно-Європейський журнал передових технологій. - 2008. - №6/3(36). - С.7-9.

5. Лимаренко П.В. Модель устройства для умножения частоты несущего колебания PSK сигналов / П.В. Лимаренко // Східно-Європейський журнал передових технологій. - 2010. - №6/3 (48). - С.40-42.

6. Лимаренко П.В. Умножитель частоты с фазовым подавлением смежных гармоник / П.В. Лимаренко // Сб. материалов 12-го международного молодежного форума «Радиоэлектроника и молодежь в 21 веке». - Харьков: ХНУРЭ, 2008. - С.185.

7. Лимаренко П.В. Оценка помехозащищенности умножителя частоты с фазовым подавлением смежных гармоник / П.В. Лимаренко // Сб. научных трудов 3-го Международного радиоэлектронного форума «Прикладная радиоэлектроника. Состояние и перспективы развития» (МРФ-2008), т.2 Международная конференция «Телекоммуникационные системы и технологии» (МКТСТ-2008). - Харьков: ХНУРЭ, 2008. - С.189-190.

8. Лимаренко П.В. Модель универсального умножителя частоты несущей PSK сигналов / П.В. Лимаренко //Сб. материалов 13-го международного молодежного форума «Радиоэлектроника и молодежь в 21 веке». - Харьков: ХНУРЭ, 2009. - С.200.

9. Лимаренко П.В. Имитационное моделирование умножителя частоты несущей PSK сигналов / П.В. Лимаренко //Сб. материалов 14-го международного молодежного форума «Радиоэлектроника и молодежь в 21 веке». - Харьков: ХНУРЭ, 2010. - С.221.

10. Лимаренко П.В. Способ умножения частоты несущего колебания фазоманипулированных сигналов / П.В. Лимаренко // Сб. научных трудов 6-ой Международной молодежной научно-технической конференции «Современные проблемы радиотехники и телекоммуникаций РТ-2010» - Севастополь: Изд-во СевНТУ, 2010. - С.104.

11. Пат. 39831 Україна, МПК (2009) H03D 7/00 Пристрій для множення частоти несучого коливання сигналу з біфазною модуляцією / Лімаренко П.В., Зеленін А.М.; власник Харківський національній університет радіоелектроніки. - № u200812719; заявл. 30.10.2008; опубл. 10.03.2009, Бюл. № 5.

12. Пат. 86655 Україна, МПК (2009) H03D 7/00 H04L 27/00 Пристрій для множення частоти несучого коливання сигналу з біфазною модуляцією / Лімаренко П.В., Зеленін А.М.; власник Харківський національній університет радіоелектроніки. - № a200705377; заявл. 16.05.2007; опубл. 12.05.2009, Бюл. № 9.

АНОТАЦІЇ

Лімаренко П.В. Метод множення частоти фазоманіпульованих сигналів. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.12.13 - радіотехнічні пристрої та засоби телекомунікацій. - Харківський національний університет радіоелектроніки, Харків, 2011.

Робота присвячена розв'язанню актуальної науково-прикладної задачі, що полягає в розвитку методів множення частоти маніпульованих сигналів шляхом розробки нового методу множення частоти фазоманіпульованих сигналів, який дозволяє помножувати частоту несучого коливання сигналів з фазовою маніпуляцією без використання змішувачів та допоміжних джерел опорних, гетеродинуючих і проміжних частот, у той час, як залишаються незмінними фазові інформаційні ознаки сигналу та не відбувається множення фазових спотворень, що присутні у вхідному сигналі. На основі запропонованого методу синтезовано структуру пристрою, що його реалізує. Проведені дослідження щодо врахування неідеальностей компонентів схеми дозволяють розробити обґрунтовані вимоги до параметрів елементів блоків помножувача частоти фазоманіпульованих сигналів, які в подальшому можуть бути використані під час проектування прийомопередавальних вузлів радіотехнічного та телекомунікаційного обладнання.

Ключові слова: множення частоти, фазова маніпуляція, несуче коливання, спектральний аналіз, імітаційне моделювання, натурний експеримент.

Лимаренко П.В. Метод умножения частоты фазоманипулированных сигналов. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.12.13 - радиотехнические устройства и средства телекоммуникаций. - Харьковский национальный университет радиоэлектроники, Харьков, 2011.

Работа посвящена решению актуальной научно-прикладной задачи, состоящей в развитии методов умножения частоты манипулированных сигналов путем разработки метода умножения частоты фазоманипулированных сигналов.

В рамках рассматриваемой задачи и проведенного анализа показано, что среди существующих методов модуляции наибольшей помехозащищенностью обладает фазовая манипуляция (ФМн). Однако, преобразование частоты сигналов с ФМн, применяемое в радиоприемной аппаратуре для устранения паразитных эффектов просачивания частоты несущего колебания от генератора управляемого напряжением (ГУН) на излучающую антенну и затягивания частоты ГУН, приводит к возникновению паразитной амплитудной модуляция и появления скачков на переходных характеристиках избирательных систем при скачке фазы.

В этой связи разработан метод умножения частоты (УЧ) фазоманипулированных сигналов, который позволяет умножать частоту несущего колебания без применения дополнительных источников опорных, гетеродинирующих и промежуточных частот, не изменяя при этом фазовые информационные признаки входного сигнала и не умножая, присутствующие в нем, фазовые искажения.

На основе предложенного метода синтезирована структура радиотехнического устройства, реализующего умножение частоты ФМн сигналов и, вследствие использования в качестве базового умножителя частоты (БУ) структуры с фазовым подавлением смежных гармоник, не содержащего в себе высокодобротных избирательных цепей.

Выполнена оптимизация БУ по углу отсечки, обеспечивающая помимо подавления в спектре выходного сигнала всех гармонических составляющих с нечетными номерами, исключение из спектра смежную составляющую с четным номером. Результате анализа влияние амплитудной, возникающей вследствие различия коэффициентов передачи по каналам БУ, и фазовой, связанной с неточностью временных задержек импульсов в линии задержки БУ, погрешностей на качество подавления смежных гармоник, показали, что БУ обеспечивает подавление смежных первой и третей гармонических составляющих порядка 15 дБ при величине фазовой нестабильности порядка 3 ?, и порядка 25 дБ при 30% амплитудной нестабильности.

В рамках предложенных структур разработаны имитационные модели БУ и УЧ по методу УЧФС. В ходе моделирования получено подтверждение теоретических расчетов, выявлена универсальность структуры умножителя частоты по методу УЧФС по отношению к сигналам с многоуровневой фазовой манипуляцией.

На базе проведенного схемотехнического анализа всех составных блоков УЧ методу УЧФС разработаны требования по практической реализации устройства для умножения частоты несущего колебания ФМн сигналов, послужившие входными данными при разработке электрической принципиальной схемы УЧ по методу УЧФС. Результаты моделирования работы разработанной схемы совпали с результатами имитационного моделирования, а результаты натурного эксперимента, проведенного на собранном макете устройства, показали, что отклонение от результатов моделирования лежит в рамках погрешностей измерительного оборудования.

Ключевые слова: умножение частоты, фазовая манипуляция, несущее колебание, спектральный анализ, имитационное моделирование, натурный эксперимент.

Limarenko P.V. The method of multiplying the frequency of the phase-shift keying signals. - Manuscript.

Ph.D. thesis by specialty 05.12.13 - radiotechnical devices and telecommunication facilities. - Kharkov National University of Radio Electronics, Kharkov, 2011.

The work is devoted to the solution of an actual scientific problem that consists in development of the frequency multiplying methods by engineering the new method of multiplying the frequency of the phase-shift keying signals, that allows to multiply the frequency of PSK signals without using mixers and additional sources of reference, heterodyning or intermediate frequencies, while the phase attributes stay unchanged and the phase distortions of the input signal are not multiplied. The device block diagram based on the offered method of the frequency multiplying is synthesized. The estimation of the circuit elements non-idealities is made; the results can be used in future during transceiving blocks of telecommunication equipment designing.

Keywords: frequency multiplying, phase-shift keying, carrying oscillation, spectral analysis, simulation, full-scale experiment.

Размещено на Allbest.ru

...