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 2 нікаційних засобах, а також радіолокаційних станціях, які застосовують цифрову обробку сигналів. 3 66359 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 фільтру додатлом, решту відліків АЦП при цьому відкидають [1]. кового стробування. Зрозуміло, що такий спосіб не дозволяє ефективНайбільш близьким за своєю сутністю до коно використовувати енергію сигналів і призводить рисної моделі, що заявляється, є спосіб додаткодо суттєвих енергетичних та інформаційних втрат. вого стробування цифрових відліків сигналів [4], Відомий спосіб додаткового стробування цифсутність якого полягає у частковому підсумовуванрових відліків сигналів [2], сутність якого полягає у ні відліків АЦП у фіксованих інтервалах часу частковому підсумовуванні відліків АЦП у фіксова(стробах), що не перекриваються, при цьому форних інтервалах часу (стробах), що не перекривамуванню сигнальних відліків стробів за результаються, при цьому накопичення сигнальних відліків тами накопичення цифрових відліків сигналів пеу стробах здійснюється за виразом: редує попередня цифрова I/Q-демодуляція відліків АЦП в режимі "ковзного вікна", що формує квадраN Ui,strob  Ut Uc s  турні складові напруг сигналу mt , наприклад, t 1 відповідно до виразів [5]: де Ut - сигнал на виході АЦП, Ui,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 А ЦП 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 Uic   Ut  cos0    t  Uis  t  iN i 1N 1  Ut  sin 0    t  (1) t  iN , , де і=0,1,… - номер стробу, N - кількість відліків АЦП, над якими здійснюється операція додаткового стробування (для усунення паразитного набігу початкової фази сигналу від стробу до стробу має бути кратною 4), ω0. - центральна частота фільтру додаткового стробування,  - 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   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 обробкиза виразами: y 1N1 c Wy  U c t    cos0    t   Us  sin 0    t  t t  y N y 1N1 c Wy   U c t t  y N де Uc s  t ,   cos0    t   Us  sin 0    t  t (2) , - квадратурні складові сигналу на ви ході операції "ковзного вікна", y  0, Y  1 - порядковий номер стробу, N - кількість відліків, над якими здійснюється операція додаткового . стробування, ω0 - центральначастота фільтру додаткового стробування,  - період дискретизації в операції аналого-цифрового перетворення, Спосіб-прототип дозволяє зменшити рівні бокових пелюсток амплітудно-частотної характеристики операції додаткового стробування цифрових відліків сигналів з метою підвищення її завадозахищеності, однак недоліком способу-прототипу є недостатньо суттєвий рівень такого зниження (не більше 16,7 дБ для першої бокової пелюстки). З урахуванням сказаного, технічне завдання, що вирішується заявленою корисною моделлю, полягає у подальшому зменшенні, порівняно з прототипом, рівнів бокових пелюсток амплітудночастотної характеристики операції додаткового стробування цифрових відліків сигналів з метою підвищення її завадозахищеності. Сутність корисної моделі полягає в тому, що операції попередньої цифрової I/Q-демодуляції відліків АЦП в режимі "ковзного вікна" та подальшого часткового підсумовування цифрових відліків напруг сигналів у фіксованих інтервалах часу 5 66359 6 (стробах) здійснюють одразу в двох квадратурних Для доказу працездатності та ефективності каналах з формуванням масивів цифрових відліків заявленого способу додаткового стробування відза виразами: ліків АЦП було проведене його математичне моделювання за допомогою програми, розробленої в y 1N1 c c s пакеті Mathcad. В результаті моделювання була Wmy  Umt  cos0    t   Umt  sin 0    t  досліджена АЧХ сукупності операцій, що реалізуt  y N , ють заявлений спосіб додаткового стробування. y 1N1 Зазначені характеристики у нормованому вигляді s s c Wmy  Umt  cos0    t   Umt  sin 0    t  наведені на фіг. 3.а та 3.б (у логарифмічному масштабі) для випадку 8-відлікового "ковзного вікна" t  y N , згідно з виразами [5]: Uc s  де mt - квадратурні складові сигналів на виUc  Ut  11 Ut  2  15  Ut  4  5  Ut  6 , t ході операції "ковзного вікна" m-го квадратурного каналу (m=1;2), Us  5  Ut 1  15  Ut  3  11 Ut  5  Ut  7 , t які використовують для остаточного формуде t - порядковий номер відліку АЦП, коли провання часткових сум цифрових відліків у вигляді тяжність стробу дорівнює 8 відлікам АЦП (відлікам c s s c C y  W1y  W2 y S y  W1y  W2 y сигналів після операції "ковзного вікна"), а анало, . го-цифрове перетворення сигналу здійснюється по Перший конкретний варіант заявленого спосовиходам двох аналогових квадратурних каналів бу відрізняється тим, що як цифрові відліки напруг через чверть періоду носійної частоти. сигналів, над якими в двох квадратурних каналах На фіг. 3 АЧХ, що відповідає сукупності опездійснюють цифрову I/Q-демодуляцію в режимі рацій заявленого способу, наведена суцільною "ковзного вікна", використовують результати аналінією, а пунктирною лінією зображена АЧХ відолого-цифрового перетворення вихідних сигналів мого способу, описаного виразом (2) (без попереаналогових квадратурних каналів. дньої I/Q-демодуляції). Із графіків фіг. 3 видно, що Другий конкретний варіант заявленого способу максимальний рівень перших бокових пелюсток відрізняється тим, що як цифрові відліки напруг АЧХ при використанні заявленого способу зменсигналів, над якими в двох квадратурних каналах шено майже на 12,64 дБ. Крім того, спостерігаєтьздійснюють цифрову I/Q-демодуляцію в режимі ся певне звуження головної пелюстки АЧХ. Все це "ковзного вікна", використовують попередньо підвищує завадозахищеність операції додаткового отримані квадратурні відгуки додаткової цифрової стробування відліків АЦП. Суттєво, що при цьому I/Q-демодуляції в режимі "ковзного вікна" безквадв АЧХ відсутній комплексно-спряжений канал приратурних вихідних сигналів єдиного аналогойому сигналів, що притаманний способу-прототипу цифрового перетворювача. (див. фіг. 4, штрихова лінія 2). Подальше збільСуттєвою відмінністю заявленого способу є шення пригнічення бокових пелюсток АЧХ може застосування попередньої цифрової I/Qбути досягнуте шляхом підвищення порядку (роздемодуляції відліків АЦП і подальшого часткового мірності) I/Q демодулятора. Для розрахунку відпопідсумовування цифрових відліків напруг сигналів відних коефіцієнтів демодуляції необхідно скорису фіксованих інтервалах часу (стробах) одразу в татись методикою, викладеною у [6]. двох квадратурних каналах з об'єднанням резульНа фіг. 4 наведені графіки АЧХ, що відповідататів вказаних операцій в якості вхідного масиву ють сукупності операцій способу-прототипу (потоквадратурних відліків сигналів для двоканальної вщена суцільна лінія), відомого способу, предстаоперації додаткового стробування відліків АЦП, вленого виразом (1) (штрихова лінія 2), операції відомої з [3]. попередньої цифрової I/Q-демодуляції відліків Послідовність операцій заявленого способу АЦП (тонка суцільна лінія 1) та другого конкретнодля першого та другого конкретних варіантів його го варіанту заявленого способу (штрихова лінія 3). виконання наведена на фіг. 1,2 відповідно. ЦифЯк видно з фіг. 4, другий конкретний варіант рами на фіг. 1,2 позначено: "1" - операція цифрозаявленого способу (штрихова лінія 3) не дозвової I/Q-демодуляції в режимі "ковзного вікна", "2" ляє усунути комплексно-спряжений канал АЧХ, підсумовування цифрових відліків сигналів у фікале зменшує рівень бічних пелюсток завдяки посованих інтервалах часу (стробах), що не перекдвійній фільтрації в I/O демодуляторі. При 8риваються, шляхом вагової обробки отриманих відліковому "ковзному вікні" [5] та 8-відліковому відліків напруг сигналів за виразами: стробі другий конкретний варіант заявленого споy 1N1 собу дозволяє досягти придушення першої бічної c c s Wmy  Umt  cos0    t   Umt  sin 0    t  пелюстки до 26,56 дБ (21,27 раз) замість 16,7 дБ t  y N (6,8 раз), що досягалось способом-прототипом. , Більш суттєвого пригнічення бокових пелюсток y 1N1 s s c АЧХ можливо досягти шляхом збільшення порядку Wmy  Umt  cos0    t   Umt  sin 0    t  (розмірності) I/Q демодулятора, використавши t  y N , коефіцієнти фільтрації, методику розрахунку яких де m=1;2, викладено у [6]. "3" - остаточне формування часткових сум Практична реалізація заявленого способу звоцифрових відліків за виразами: диться до застосування у приймачі інформаційноc s s c го повідомлення цифрового сигнального процесоC y  W1y  W2 y S y  W1y  W2 y , . ра чи програмованих матриць логічних елементів,         7 66359 8 наприклад, від фірми Xilinx, за допомогою яких 4. Патент України на корисну модель № 46666. мають виконуватись передбачені заявленим споМПК (2006) GO IS 7/36,H03D13/00. Спосіб додатсобом операції над отриманими в результаті анакового стробування відліків аналого-цифрового лого-цифрового перетворення відліками цифрових перетворювача. // Слюсар В.І., Малярчук MB. напруг сигналів. В якості АЦП можуть застосовуЗаявка на видачу патенту України на корисну моватись мікросхеми фірми Analog Devices,Texas дель № и200909210 від 07.09.2009. - Патент опубInstruments тощо. ліковано 25.12.2009, бюл. № 24. Джерела інформації: 5.Jan-Erik Eklund and Ragnar Arvidsson.A Mul1. Радиолокационные станции с цифровым tiple Sampling,Single A/D Conversion Technique for синтезированием апертуры антенны/ В. Н. АнтиDemodulation in CMOS.// IEEE Journal of Solid-State пов, В. Т. Горяинов, А. Н. Кулин и др. Под ред. В. Circuits,Vol.31,No.12,December1996. - Pp.1987Т. Горяинова.- М.: Радио и связь.-1988. -С. 41. 1994. -http://iroi.seu.edu.en/jssc9697/data/3 2. Радиолокационные станции с цифровым l_12_08.PDF. синтезированием апертуры антенны/ В. Н. Анти6. Слюсар В.И., Малярчук М.В., Бондаренко пов, В. Т. Горяинов, А. Н. Кулин и др. Под ред. В. М.В. Методика синтеза I/Q-демодуляторов произТ. Горяинова.- М: Радио и связь.-1988. -С. 42-43. вольной размерности.// Ш-й Міжнародний науково3. Слюсар В.И. Синтез алгоритмов измерения технічний симпозіум "Нові технології в телекомунідальности М источников при дополнительном каціях"- (ДУ1КТ-КАРПАТИ '2010, с. Вишків). - Київ: стробировании отсчетов АЦП // РадиоэлектрониДержавний університет інформаційнока. --1996. - № 5. - С. 55-62. (Изв. вузов). комунікаційних технологій.-2-5 лютого 2010. - С. http://www.slyusar.kiev.ua/IZVVUZl996_5.pdf. 53-55. прототип. http://www.slyusar.kiev.ua/VYSHKIV2010_2.pdf. 9 Комп’ютерна верстка Г. Паяльніков 66359 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