МОДЕЛИРОВАНИЕ ЦИФРОВОГО ЧАСТОТНОГО ДЕТЕКТОРА

Плаксиенко В.С.¹, Плаксиенко Н.Е.², Крикунов П.Д.³

¹ Доктор технических наук, ² Кандидат технических наук, ³ Магистрант, Южный федеральный университет

МОДЕЛИРОВАНИЕ ЦИФРОВОГО ЧАСТОТНОГО ДЕТЕКТОРА

Аннотация

В статье рассмотрены особенности построения цифровой части приемника сигналов, модулированных по частоте, выполнено моделирование работы цифрового частотного детектора в соответствии с выражением, полученным для дискретизированного и квантованного колебания.

Ключевые слова: моделирование, цифровой частотный детектор.

 

Plaksienko V.S.¹, Plaksienko N.E.², Krikunov P.D.³

¹ PhD in Engineering, ² PhD in Engineering, ³ Undergraduate, Southern Federal University

SIMULATION OF THE DIGITAL FREQUENCY DETECTOR

Abstract

In article features of creation of digital part of the receiver of the signals modulated on frequency are considered, simulation of operation of the digital frequency detector according to the expression received for sampled and quantized oscillations is executed.

Keywords: simulation, digital frequency detector.

В настоящее время в мире применяют три основные технологии цифрового радиовещания: европейскую систему DAB, систему низкочастотного (до 30 МГц) цифрового вещания DRM и развиваемую в США концепцию IBOC. Внедрение в России системы цифрового радиовещания тормозит проблема поиска частотного ресурса, т.е. необходимо выделение отдельного диапазона частот для цифрового радиовещания. В качестве наиболее вероятного указывают на III вещательный диапазон от 174 до 230 МГц, но конкретная частота в рекомендованном диапазоне может быть выделена только после продолжительного анализа электромагнитной обстановки. Сложным будет замена многомиллионного парка аналоговых радиоприёмников на цифровые.

Применение цифровой обработки сигналов в радиоприёмниках аналогового вещания даст ряд преимуществ: возможность реализации различных алгоритмов обработки на однотипной микроэлектронной базе; возможность длительного накопления слабых сигналов; стабильность характеристик; большой динамический диапазон; малые веса, габариты; высокое быстродействие; отсутствие необходимости настройки электрических цепей.

Структурную схему радиоприемника аналоговых сигналов с цифровой обработкой разделяют на две части: аналоговую и цифровую. Аналоговая часть приёмного тракта состоит из преселектора, преобразователя частоты и усилителя промежуточной частоты (УПЧ). Цифровая часть радиоприёмника включает в себя цифровой формирователь квадратурных составляющих и цифровой частотный детектор (ЦЧД).

Сигнал с выхода УПЧ аналоговой части приемника поступает в аналого-цифровой преобразователь (АЦП), осуществляющий дискретизацию во времени сигнала промежуточной частоты и квантование полученных значений по уровню. Полученные цифровые значения отсчетов сигнала промежуточной частоты поступают на формирователь квадратурных составляющих, состоящий из двух перемножителей и двух цифровых фильтров нижних частот. Работа этого узла заключается в получении значений цифровых отсчетов квадратурных составляющих сигнала промежуточной частоты.

При ЧМ передаваемое сообщение x(t) заложено в законе изменения мгновенной частоты F(t) принимаемого сигнала. Мгновенная частота выражается через мгновенную фазу  φ(t) по формуле:

.                                            (1)

В свою очередь мгновенная фаза выражается через квадратурные составляющие:      .                                                        (2)

Подставив (2) в (1), получим:

Для дискретизированного и квантованного колебания получим:

Структурная схема устройства, реализующего частотную демодуляцию в соответствии с формулой (3), представлена на рис.1.

Рис. 1 –Структурная схема ЦЧД

На вход ЦЧД поступают цифровые значения отсчетов квадратурных составляющих. Значения цифровых отсчетов, полученного в ЦЧД сообщения, поступают в цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП). После преобразования в ЦАП цифровых значений отсчетов сообщения в дискретный во времени сигнал и сглаживания этого сигнала в формирующем ФНЧ, полученный звуковой сигнал усиливается в усилителе низкой частоты до необходимого уровня и воспроизводится громкоговорителем.

Для построения статической характеристики детектирования моделируемого ЦЧД сформируем в Matlab сигнал, линейно модулированный по частоте. Для этого можно воспользоваться функцией chirp ( t, f₀, t₁, f₁), где в скобках t – вектор моментов времени; f₀ – начальная частота в нулевой момент времени (зададим ее равной 10,4 МГц); t₁ – конечный момент времени (зададим 0,01); f₁ – конечная частота сигнала в момент времени t₁ (зададим равной 11 МГц). Полученная в результате моделирования характеристика представлена на рис.2.

Рис.2 – Статическая характеристика детектирования исследуемого ЦЧД

Как видно из рис. 2, ширина линейного участка характеристики детектирования составляет около 300 кГц, что достаточно для демодуляции в приёмниках ЧМ-вещания, т.к. полоса частот принимаемого сигнала составляет от 120 до 180 кГц. На рис. 3 представлены, полученные временные диаграммы сигнала на выходе ЦЧД и модулирующего сигнала.

Рис. 3 – Временные диаграммы выходного (а) и модулирующего (б) сигналов

Сигнал на выходе ЦЧД по форме совпадает с исходным модулирующим сигналом.

Литература

1. Сергиенко А.Б. Цифровая обработка сигналов. – СПб.: Питер, 2003. – 604с.
2. Радиоприемные устройства: Учебник для вузов/Н.Н. Фомин, Н.Н. Буга, В.С. Плаксиенко и др. – М.: Радио и связь, 2003. – 520 с.
3. Плаксиенко В.С., Плаксиенко Н.Е. Цифровая обработка в радиоприемных устройствах: Учебное пособие. – Кисловодск: Изд-во КГТИ, 2006. – 80 с.

References

1. Sergienko A.B. Cifrovaja obrabotka signalov. – SPb.: Piter, 2003. – 604s.
2. Radiopriemnye ustrojstva: Uchebnik dlja vuzov/N.N. Fomin, N.N. Buga, V.S. Plaksienko i dr. – M.: Radio i svjaz', 2003. – 520 s.
3. Plaksienko V.S., Plaksienko N.E. Cifrovaja obrabotka v radiopri-emnyh ustrojstvah: Uchebnoe posobie. – Kislovodsk: Izd-vo KGTI, 2006. – 80 s.