Цифровые анализаторы. Векторный анализ радиосигналов.
Для представления любого радиосигнала достаточно знать его несущую частоту и двухкомпонентный векторный процесс – комплексную огибающую. Несмотря на то, что несущая частота может быть очень большой, комплексная огибающая остается относительно низкочастотным сигналом, который можно преобразовать в цифровую форму. Одна из возможных схем векторного анализа радиосигналов показана на рис. 6 и 7. Для расширения частотного диапазона на входе векторного анализатора обычно включается понижающий или повышающий преобразователь частоты, который переносит спектр входного радиосигнала на фиксированную промежуточную частоту. В качестве таких преобразователей используются различные устройства от простых схем на базе смесителей и генераторов до специализированных систем. Функции преобразователей часто выполняют калиброванные входные тракты анализаторов спектра или широкодиапазонных приемников с выходом на промежуточной частоте 10,7 или 21,4 МГц.
Большинство существующих на сегодняшний день комплексов радиомониторинга построены по следующей упрощенной схеме, представленной на рисунке 5:
Рис. 5. Упрощенная структурная схема цифрового анализатора
В блоке ВЧ производится выделение полосы сигнала и перенос её на промежуточную частоту. В блоке АЦП-ЦОС производится оцифровка сигнала на ПЧ, расчёт его спектра с помощью БПФ, демодуляция и другие преобразования. Результаты обработки сигнала в процессоре ЦОС передаются на ЭВМ, в которой осуществляется их отображение, анализ, запись и формируются управляющие команды на другие блоки.
|
|
|
Блоки ВЧ и АЦП-ЦОС могут так же реализовывать когерентную обработку (2-х и более канальную), что позволяет определять направление (пеленг) на источник сигнала. Так же комплекс может комплектоваться антенным коммутатором, позволяющим за короткое время (порядка десятков и сотен микросекунд) подключать к входу ВЧ блока различные антенны для сравнения уровней сигнала в различных точках пространства.
Векторный анализ представляет собой мощный инструмент исследования и измерения характеристик радиосигналов во всем используемом диапазоне частот от нескольких кГц до десятков и сотен ГГц. Векторные анализаторы широко применяются при проектировании и испытаниях современной радиотехнической аппаратуры. Значительным потенциалом располагают эти приборы и в сфере радиоконтроля и радиоразведки. Применение векторных анализаторов позволяет, в частности, решить серьезные проблемы обнаружения и анализа сигналов современных цифровых сетей связи, использующих временное и кодовое разделение каналов, псевдослучайную перестройку частоты, многопозиционную аплитудно-фазовую модуляцию и другие перспективные методы передачи информации. Функциональная схема и структура векторного анализатора сигналов с преобразователем частоты представлена на рисунке 6.
|
|
|
Квадратурный демодулятор работает на промежуточной частоте и выделяет действительную (I) и мнимую (Q) части комплексной огибающей сигнала в полосе частот, которая называется полосой параллельной обработки. После аналого-цифрового преобразования цифровые реализации I и Q регистрируются в памяти цифрового процессора сигналов (ЦПС). Располагая I/Q-реализациями, процессор вычисляет спектр входного радиосигнала, а также модулирующие функции, описывающие поведение во времени амплитуды, частоты и фазы принимаемого сигнала.
Рис.6. Структура векторного анализатора сигналов с преобразователем частоты
Процесс измерений параметров радиосигнала цифровым векторным анализатором состоит из двух этапов: регистрации и обработки. На первом анализатор выделяет, преобразует в цифровую форму и помещает в память реализацию комплексной огибающей радиосигнала заданной длительности. На втором полученные данные обрабатываются и готовятся к отображению. Обработка (например, вычисление спектра) текущей реализации может выполняться параллельно с процессом регистрации следующей, как это показано на рисунке 7. Если время вычислений и передачи результатов потребителю меньше длительности отдельной реализации, анализ будет выполняться без пропусков в реальном времени (рис. 7а). Такой режим используется для непрерывного отображения и демодуляции стационарных процессов. В некоторых случаях, например при анализе импульсных или однократных сигналов в памяти регистрируются только отдельные временные фрагменты (рис. 7б), обработка которых может занимать значительное время. В этом режиме удается существенно расширить полосу анализируемых частот, причем длительность исследуемого фрагмента будет определяться емкостью памяти ЦПС.
|
|
|
Рис. 7. Непрерывная цифровая обработка сигналов в реальном времени (а) и регистрация и отдельных фрагментов с последующей обработкой (б)
Перечислим основные особенности, выделяющие векторные анализаторы среди традиционных приборов для исследований параметров радиосигналов:
· В отличие от измерителей, которые оперируют со скалярными (одномерными) процессами, векторный анализатор обрабатывает комплексные огибающие, представляющие амплитуду и фазу радиосигнала. Это позволяет исследовать амплитудные и фазовые спектры, а также одновременно выделять амплитуду, фазу и частоту радиосигнала и отображать их в виде спектральных, временных или векторных диаграмм.
|
|
|
· Благодаря цифровой регистрации векторный анализатор выполняет параллельный анализ спектра в реальном времени без потерь информации, характерных для последовательных анализаторов спектра, а также представляет входной радиосигнал одновременно во временной и частотной области.
· Цифровая регистрация и хранение в памяти следующих друг за другом реализаций радиосигнала предоставляет уникальные возможности в части обнаружения и исследования характеристик нестационарных, импульсных и однократных радиосигналов в режиме спектрального анализа с “временной селекцией”.
Дата добавления: 2018-11-24; просмотров: 645; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!