Преселектор специализированного цифрового радиоприемного устройства

Рисунок 1 – Структура приемника с ЦОС по радиочастоте

Рисунок 2 – Структура приемника с ЦОС по промежуточной частоте

Поскольку диапазон рабочих частот радиоприемного устройства от 100 МГц до 1100 МГц, в нем невозможно будет использовать классический принцип дискретизации в соответствии с теоремой Котельникова, согласно которой частота выборок должна быть как минимум в два раза больше верхней частоты в спектре дискретизируемого сигнала, так как отсутствуют АЦП с такой частотой дискретизации.

Для высокочастотных узкополосных сигналов, у которых ширина спектра много меньше абсолютного значения центральной частоты, используется полосовая дискретизация (undersampling), которая позволяет обойти ограничение, накладываемое теоремой Котельникова. Этому условию соответствуют практически все радиосигналы. В этом случае теорема Котельникова звучит следующим образом: для сохранения информации о сигнале частота его дискретизации должна быть равной или большей, чем удвоенная ширина полосы сигнала [3]. При полосовой дискретизации оцифровке подвергается не вся полоса частот, а лишь небольшая ее часть, содержащая спектр модулированного сигнала. Полосовая дискретизация позволяет одновременно с оцифровкой сигнала произвести перенос его спектра на низкую частоту [4], при этом для защиты от наложения спектра необходимо использовать полосовые перестраиваемые фильтры, с помощью которых нужно выделять ту часть спектра, которая подлежит оцифровке. Для реализации такого радиоприемного устройства понадобится преселектор, содержащий перестраиваемый полосовой фильтр с полосой, обеспечивающей выделение заданных 12-ти каналов. Эксперимент показал, что частотные каналы базовых станций ТЕТРА не выходят за пределы полосы ∆F=1 МГц.

При проведении расчета такого полосового фильтра было установлено, что перестраиваемый фильтр на дискретных элементах можно реализовать только до частот 300 МГц. На более высоких частотах необходимо применять микрополосковые или кварцевые фильтры, но они не могут быть перестраиваемыми. Поэтому реализовать перестраиваемый полосовой фильтр на частотах свыше 300 МГц невозможно. Поскольку мы не можем реализовать на заданных частотах требуемый преселектор, использовать приемник прямого преобразования для решения поставленной задачи не представляется возможным.

Таким образом, в радиоприемном устройстве должно быть реализовано аналоговое преобразование частоты. Для цифрового радиоприемного устройства достаточно одного преобразования. Учитывая используемый в радиостанциях стандарта ТЕТРА вид модуляции p/4QPSK, это должно быть квадратурное преобразование с переносом спектра сигнала на нулевую частоту. Структурная схема такого радиоприемного устройства приведена на рисунке 3.

Рисунок 3. Структурная схема радиоприемного устройства

На рисунке 3 изображены:

МШУ – малошумящий усилитель;

Г – перестраиваемый гетеродин;

Ф – фазовращатель на 90°.

3.

Требования к преселектору

Поскольку требуется радиоприемное устройство супергетеродинного типа, необходимо позаботиться о фильтрации помехи по зеркальному каналу. В некоторых публикациях утверждается, что при преобразовании сигнала на нулевую частоту в квадратурном преобразователе цифрового радиоприемника помеха по зеркальному каналу отсутствует. Это будет справедливо только в том случае, если используемый в преобразователе гетеродин будет выдавать идеальные, по форме, синусоиду и косинусоиду. На практике это далеко не так. Форма сигнала гетероридина далека от идеальной, в связи с чем появляются гармоники основного сигнала, которые также участвуют в преобразовании частоты. Поэтому, в задачу преселектора входит подавление сигналов на частотах, которые после взаимодействия в смесителе со 2-й и более высокими гармониками основной частоты гетеродина попадут в рабочую полосу частот ∆F=1 МГц. Поскольку при переносе на нулевую частоту fг=fс, в преселекторе необходимо подавить сигналы с частотами 2fс-∆F и более высокие.

Анализ таблицы 1 показывает, что абонентские станции могут работать только в одном из указанных поддиапазонов, в зависимости от модификации. То есть, абонентская станция с диапазоном рабочих частот 380 – 430 МГц не может взаимодействовать с БС с диапазоном частот 806 – 870 МГц. При перемещении абонентской станции между зонами действия БС нужно контролировать только частоты БС с аналогичным поддиапазоном. Следовательно, одновременный контроль таких поддиапазонов как 380 – 430 МГц и 806 – 870 МГц не потребуется. Поскольку радиоприемное устройство будет работать в каком-то одном из этих поддиапазонов, достаточно иметь один преселектор с переключаемым поддиапазоном.

Необходимо разбить весь диапазон радиоприемного устройства на поддиапазоны. При работе на самой низкой частоте диапазона fс=100 МГц нужно подавлять сигналы с частотами 199 МГц и выше. Следовательно, первый поддиапазон преселектора должен быть 100 МГц – 198 МГц. Аналогично вычисляются остальные поддиапазоны: 198 МГц – 395 МГц; 395 МГц – 798 МГц; 798 МГц – 1100 МГц.