Спосіб додаткового стробування цифрових відліків сигналів

1. Спосіб додаткового стробування цифрових відліків сигналів, який полягає у частковому підсумовуванні відліків аналого-цифрового перетворювача (АЦП) у фіксованих інтервалах часу (стробах), що не перекриваються, при цьому формуванню сигнальних відліків стробів за результатами накопичення цифрових відліків сигналів передує попередня цифрова I/Q-демодуляція відліків АЦП в режимі "ковзного вікна", що формує 3 66358 4 Високі частоти дискретизації аналогових сигданих АЦП з продуктивністю подальших цифрових налів в сучасних аналого-цифрових перетворювапристроїв обробки сигналів. Важливою властивісчах (АЦП) накладають специфічні вимоги до швитю застосування операції додаткового стробувандкодії цифрового сегменту апаратури обробки ня цифрових відліків сигналів є її нечутливість до даних. Для спрощення цих вимог використовують постійних зсувів напруги нуля АЦП. проріджування інформаційного потоку. Найбільш Недоліком відомого способу є порівняно висопростим способом є використання лише частини кий рівень бокових пелюсток амплітудно-частотної відліків АЦП, що слідують з необхідним інтервахарактеристики (АЧХ) цифрового фільтра додатлом, решту відліків АЦП при цьому відкидають [1]. кового стробування, неможливість його застосуЗрозуміло, що такий спосіб не дозволяє ефективвання для додаткового стробування сигналів, но використовувати енергію сигналів і призводить представлених у базисі функцій Хартлі. до суттєвих енергетичних та інформаційних втрат. Відомий спосіб додаткового стробування відлівідомий спосіб додаткового стробування цифків аналого-цифрового перетворювача [4], сутність рових відліків сигналів [2], сутність якого полягає у якого полягає у частковому підсумовуванні відліків частковому підсумовуванні відліків АЦП у фіксоваАЦП у фіксованих інтервалах часу (стробах), що них інтервалах часу (стробах), що не перекриване перекриваються, при цьому накопичення сигнаються, при цьому накопичення сигнальних відліків льних відліків в межах стробів здійснюють з викоу стробах здійснюється за виразом: ристанням парної й непарної функцій Хартлі відповідно до виразів: N i  1N 1 i  1N 1 Ui, strob  Ut  t 1 , де Ut - сигнал на виході АЦП, Ut,strob - сигнал на виході процедури додаткового стробування, і номер строба, N - кількість відліків АЦП, над якими здійснюється операція додаткового стробування. Здійснення даної процедури приводить до зниження швидкості інформаційного потоку, а значить і зменшення обчислювальних операцій при наступній демодуляції сигналу. Як наслідок, знижуються вимоги до продуктивності обчислювальних пристроїв. Недоліком відомого способу є неоптимальність обробки сигналів. Відомий спосіб додаткового стробування цифрових відліків сигналів [3], сутність якого полягає у частковому підсумовуванні відліків АЦП у фіксованих інтервалах часу (стробах), що не перекриваються, при цьому накопичення сигнальних відліків в межах стробів здійснюється шляхом вагової обробки за виразами: i  1N 1 i  1N 1 Uic   U  cos t 0    t  Uis  t  i N  U  sin  t 0    t (1) t  i N , , де i=0, 1,... - номер строба, N - кількість відліків АЦП, над якими здійснюється операція додаткового стробування (для усунення паразитного набігу початкової фази сигналу від строба до строба має бути кратною 4), ω0 - центральна частота фільтра додаткового стробування, τ - період дискретизації АЦП, t - порядковий номер відліку АЦП. Наведений вираз (1) фактично описує операцію цифрової фільтрації сигналів і може бути отриманий із співвідношення, викладеного у [3], шляхом розгляду дійсного аналогового сигналу,  тобто за умови Im Ut  0 . Відомий спосіб дозволяє здійснити оптимальне проріджування даних на виході АЦП для гармонійного сигналу з частотою ω0 яке зводиться до формування одного, сумарного сигналу по вибірці з кількох відліків із заданою періодичністю [3]. Таке проріджування (децимація) сигнальної вибірки дозволяє уникнути енергетичних втрат, а сформовані зазначеним чином нові відліки сигналів стають більш декорельованими за шумом. Крім того, це дозволяє узгодити високі швидкості передачі   Uic   U  cas t 0 s    t  Ui   U  cas  t    t 0 (2) t  i N , , де cas(θ)=cos(θ)+sin(θ), cas(-θ)=cos(θ)-sin(θ) парна й непарна функції Хартлі, Ut - часові вибірки напруг сигналів по виходу АЦП, і - номер строба, N - кількість відліків АЦП, над якими здійснюється операція додаткового стробування, ω0 - центральна частота фільтра додаткового стробування, τ період дискретизації АЦП, t - порядковий номер відліку АЦП. Використання способу-прототипу дозволяє розширити перелік сигналів, для яких може бути здійснене додаткове стробування, на множину сигналів, представлених у базисі функцій Хартлі. Недоліком способу-прототипу є порівняно високий рівень бокових пелюсток амплітудночастотної характеристики цифрового фільтра додаткового стробування. Найбільш близьким за своєю сутністю до корисної моделі, що заявляється, є спосіб додаткового стробування цифрових відліків сигналів [5], сутність якого полягає у частковому підсумовуванні відліків АЦП у фіксованих інтервалах часу (стробах), що не перекриваються, при цьому формуванню сигнальних відліків стробів за результатами накопичення цифрових відліків сигналів передує попередня цифрова I/Q-демодуляція відліків АЦП в режимі «ковзного вікна», що формує квадs ратурні складові напруг сигналу U\ , наприклад, відповідно до виразів [6]: t  i N Uc  Ut  11 Ut  2  15  Ut  4  5  Ut  6 , t Us  5  Ut 1  15  Ut  3  11 Ut  5  Ut  7 , t де t - порядковий номер відліку АЦП, подальше додаткове стробування отриманих у такий спосіб відліків напруг сигналів виконують шляхом накопичувальної вагової обробки за виразами: y 1N 1 c Wy  U c t   cas0    t   Us  cas 0    t  t t  y N y 1N1 s Wy   Us t t  y N ,  cas0    t   Uc t   cas 0    t  , (3) 5 66358 6 квадратурних відліків сигналів для двоканальної де - квадратурні складові сигналу на виоперації додаткового стробування відліків АЦП. Послідовність операцій заявленого способу ході операції «ковзного вікна», y  0, Y  1 - поряддля першого та другого конкретних варіантів його ковий номер строба, N - кількість відліків, над якивиконання наведена на фіг. 1, 2 відповідно. Цифми здійснюється операція додаткового рами на фіг. 1, 2 позначено: "1" - операція цифростробування, ω0 - центральна частота фільтра вої I/Q-демодуляції в режимі «ковзного вікна», "2" додаткового стробування, τ - період дискретизації підсумовування цифрових відліків сигналів у фікв операції аналого-цифрового перетворення, сованих інтервалах часу (стробах), що не перекСпосіб-прототип дозволяє зменшити рівні бориваються, шляхом вагової обробки отриманих кових пелюсток амплітудно-частотної характерисвідліків напруг сигналів за виразами: тики операції додаткового стробування цифрових y 1N 1 відліків сигналів з метою підвищення її завадозаc c s Wmy  Umt  cas0    t   Umt  cas 0    t  хищеності, однак недоліком способу-прототипу є недостатньо суттєвий рівень такого зниження. t  y N , З урахуванням сказаного, технічне завдання, y 1N 1 що вирішується заявленою корисною моделлю, s s c Wmy  Umt  cas0    t   Umt  cas 0    t  полягає у подальшому зменшенні, порівняно з t  y N прототипом, рівнів бокових пелюсток амплітудно, частотної характеристики операції додаткового де m=1; 2, стробування цифрових відліків сигналів з метою "3" - остаточне формування часткових сум підвищення її завадозахищеності. цифрових відліків за виразами: Сутність корисної моделі полягає в тому, що c s s c C y  W1y  W 2 y S y  W1y  W2 y операції попередньої цифрової I/Q-демодуляції , . відліків АЦП в режимі «ковзного вікна» та подальДля доказу працездатності та ефективності шого часткового підсумовування цифрових відліків заявленого способу додаткового стробування віднапруг сигналів у фіксованих інтервалах часу ліків АЦП було проведене його математичне мо(стробах) здійснюють одразу в двох квадратурних делювання за допомогою програми, розробленої в каналах з формуванням масивів цифрових відліків пакеті Mathcad. В результаті моделювання була за виразами: досліджена АЧХ сукупності операцій, що реалізуy 1N 1 ють заявлений спосіб додаткового стробування. c c s Wmy  Umt  cas0    t   Umt  cas 0    t  Зазначені характеристики у нормованому вигляді t  y N наведені на фіг. 3а та 3б (у логарифмічному мас, (4) штабі) для випадку 8-відлікового «ковзного вікна» y 1N 1 s s c згідно з виразами [6]: Wmy  Umt  cas0    t   Umt  cas 0    t  t  y N , Uc  Ut  11 Ut  2  15  Ut  4  5  Ut  6 , t c s  Umt s де - квадратурні складові сигналів на виUt  5  Ut 1  15  Ut  3  11 Ut  5  Ut  7 , ході операції «ковзного вікна» m-го квадратурного де t - порядковий номер відліку АЦП, коли проканалу (m=1; 2), тяжність строба дорівнює 8 відлікам АЦП (відлікам які використовують для остаточного формусигналів після операції «ковзного вікна»), а аналовання часткових сум цифрових відліків у вигляді го-цифрове перетворення сигналу здійснюється по c s s c C y  W1y  W 2 y S y  W1y  W2 y виходам двох аналогових квадратурних каналів , . через чверть періоду носійної частоти. Перший конкретний варіант заявленого спосоНа фіг. 3 АЧХ, що відповідає сукупності опебу відрізняється тим, що в якості цифрових відліків рацій заявленого способу, наведена суцільною напруг сигналів, над якими в двох квадратурних лінією, а пунктирною лінією зображена АЧХ відоканалах здійснюють цифрову I/Q-демодуляцію в мого способу, описаного виразом (3) (без поперережимі «ковзного вікна», використовують резульдньої I/Q-демодуляції). Із графіків фіг. 3 видно, що тати аналого-цифрового перетворення вихідних максимальний рівень перших бокових пелюсток сигналів аналогових квадратурних каналів. АЧХ при використанні заявленого способу зменДругий конкретний варіант заявленого способу шено майже на 12,64 дБ. Крім того, спостерігаєтьвідрізняється тим, що в якості цифрових відліків ся певне звуження головної пелюстки АЧХ. Все це напруг сигналів, над якими в двох квадратурних підвищує завадозахищеність операції додаткового каналах здійснюють цифрову I/Q-демодуляцію в стробування відліків АЦП. Суттєво, що при цьому режимі «ковзного вікна», використовують поперев АЧХ відсутній комплексно-спряжений канал придньо отримані квадратурні відгуки додаткової цийому сигналів, що притаманний способуфрової I/Q-де модуля ції в режимі «ковзного вікна» прототипу. Подальше збільшення пригнічення бобезквадратурних вихідних сигналів єдиного аналокових пелюсток АЧХ може бути досягнуте шляхом го-цифрового перетворювача. підвищення порядку (розмірності) I/Q демодулятоСуттєвою відмінністю заявленого способу є ра. Для розрахунку відповідних коефіцієнтів демозастосування попередньої цифрової I/Qдуляції необхідно скористатись методикою, викладемодуляції відліків АЦП і подальшого часткового деною у [7]. підсумовування цифрових відліків напруг сигналів Практична реалізація заявленого способу звоу фіксованих інтервалах часу (стробах) одразу в диться до застосування у приймачі інформаційнодвох квадратурних каналах з об'єднанням резульго повідомлення цифрового сигнального процесотатів вказаних операцій в якості вхідного масиву Uc s  t         7 66358 8 ра чи програмованих матриць логічних елементів, Заявка на видачу патенту України на корисну монаприклад, від фірми Xilinx, за допомогою яких дель № u200900296 від 15.01.2009. - Патент опубмають виконуватись передбачені заявленим споліковано 12.05.2009, бюл. № 9. собом операції над отриманими в результаті ана5. Патент України на корисну модель № 46667. лого-цифрового перетворення відліками цифрових МПК (2006) G01S 7/36, H03D 13/00. Спосіб додатнапруг сигналів. В якості АЦП можуть застосовукового стробування відліків аналого-цифрового ватись мікросхеми фірми Analog Devices, Texas перетворювача. // Слюсар В.Г, Малярчук М.В. Instruments тощо. Заявка на видачу патенту України на корисну моДжерела інформації: дель № u200909211 від 07.09.2009. - Патент опуб1. Радиолокационные станции с цифровым ліковано 25.12.2009, бюл. № 24. - прототип. синтезированием апертуры антенны / В.Н. Анти6. Jan-Erik Eklund and Ragnar Arvidsson. A Mulпов, В.Т. Горяинов, А.Н. Кулин и др. Под ред. В.Т. tiple Sampling, Single A/D Conversion Technique for Горяинова.- М.: Радио и связь.- 1988. - с. 41. Demodulation in CMOS. // IEEE Journal of Solid2. Радиолокационные станции с цифровым State Circuits, Vol. 31, No. 12, December 1996. - Pp. синтезированием апертуры антенны / В.Н. Анти1987 1994. пов, В.Т. Горяинов, А.Н. Кулин и др. Под ред. В.Т. http://iroi.seu.edu.cn/jssc9697/data/31_12_08.PDF. Горяинова. - М: Радио и связь. - 1988. - с. 42-43. 7. Слюсар В.И., Малярчук М.В., Бондаренко 3. Слюсар В.И. Синтез алгоритмов измерения М.В. Методика синтеза I/Q-демодуляторов произдальности М источников при дополнительном вольной размерности. // ІІІ-й Міжнародний наукостробировании отсчетов АЦП // Радиоэлектрониво-технічний симпозіум "Нові технології в телекока. 1996. - № 5. - с. 55-62. (Изв. вузов). мунікаціях" - (ДУІКТ-КАРПАТИ '2010, с Вишків). http://www.slyusar.kiev.ua/IZV_VUZ_1996_5.pdf. Київ: Державний університет інформаційно4. Патент України на корисну модель № 41297. комунікаційних технологій. - 2-5 лютого 2010. - с. МПК (2006) G01S 7/36, H03D 13/00. Спосіб додат53-55. кового стробування відліків аналого-цифрового http://www.slyusar.kiev.ua/VYSHKIV_2010_2.pdf. перетворювача. // Слюсар В.Г, Васильев К.А. 9 Комп’ютерна верстка Г. Паяльніков 66358 Підписне 10 Тираж 23 прим. Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601