2.5 Обоснование выбора цифровой системы приема данных

Поскольку различные области, в которых применяются цифровые системы приема информации, требуют принципиально различного подхода к реализации таких систем, то становится невозможным создать единое, подходящее для всех областей применения устройство передачи информации. Однако в принципах построения и назначения отдельных устройств самых разных систем много общего. Следовательно, при проектировании устройства следует рассматривать цифровые системы связи только лишь с общих позиций. Это даст возможность выяснить основные положения, свойственные цифровым системам такого рода.

Обозначим теперь точное понятие цифровой системы передачи информации. Под ней понимают упорядоченную совокупность технических средств, с помощью которых осуществляется передача информации в цифровой форме из одного пункта пространства в другой.

При помощи подобных систем связи передается информация различного рода (цифровые данные, речь, тексты телеграмм, команды управления, результаты измерений различных физических величин и т.д.). Нетрудно догадаться, что для передачи такой информации по среде ее необходимо предварительно преобразовать в электрический сигнал (колебание), который будет сохранять все исходные свойства сообщения, а затем, соответственно, посылать в среду передачи информации.

Изменения параметров сигнала-переносчика происходят в соответствии с изменениями дискретной последовательности. Они также дискретны. Этот процесс называют манипуляцией сигнала (в отличие от модуляции сигнала, когда его параметры изменяются непрерывно). В самом простом случае сигнальная манипуляция осуществляется только по одному параметру. В итоге образуется последовательность сигналов однозначно соответствующая дискретной, случайной последовательности. Соответствующий манипулированный дискретный сигнал излучается в физическую среду распространения и служит переносчиком информации между пунктами приема передачи и приема информации. Сигналы, излученные в среду распространения, претерпевают в ней ослабления (вследствие поглощения и рассеивания энергии) и искажения (замирания, отражения от неоднородностей среды, препятствий и т. п.), следовательно, сигналы, которые принимаются приемной частью устройства, будут существенно отличаться от излучаемых передатчиком не только своей энергией, но и статистическими характеристиками и спектральным составом. Помимо этого принятый сигнал будет суммироваться с аддитивными помехами, действующими на входе приемниками, аддитивными помехами внешнего происхождения, а также внутренними шумами приемного устройства.

Естественно на приемном конце тракта передачи информации, для получения информации принятый сигнал должен быть подвергнут соответствующим обратным преобразованиям (обратным преобразованиям передатчика), предварительно очистившись от наложенных на него помех. Правильное выполнение этих операций на приемной части даст дискретное сообщение, выраженное в цифровой форме.

2.6 Реализация цифровой обработки в мониторинговом радиоприёмнике

Описываемая в данном проекте система радиомониторинга основана на ЦОС с цифровым конвертером частоты вниз. Аппаратно система выполнена в виде единого портативного блока, в котором объединены все компоненты: широкодиапазонный радиоприемник с широкополосным выходом промежуточной частоты, система ЦОС на DSP и встроенным цифровым конвертером вниз (DDC), а также одноплатный компьютер со всеми стандартными интерфейсами и встроенным внутрь блока 7-дюймовым TFT дисплеем и жестким диском на 100 Мб. Благодаря высокой скорости анализа, приемник позволяет быстро производить усреднение реализаций и получать усредненные спектры ЭМО с высоким качеством за небольшой отрезок времени: при скорости анализа 20 ГГц/с с разрешением 10 кГц вероятность обнаружения короткого сигнала близка к единице.

Обнаружение происходит на фоне картины всей электромагнитной обстановки, характерной для каждого региона, времени суток, точек расположения антенн и т.д., заготовленной заранее и хранящейся в памяти системы ЦОС или компьютера, загружающего эту картину в систему ЦОС. В этом случае система будет фиксировать все новые сигналы, превышающие порог, установленный в виде огибающей усредненного спектра.

Все сигналы, превысившие порог, то есть обнаруженные по энергетическому критерию, далее оцениваются и сравниваются с имеющимися в базе данных, где хранятся данные о частоте, амплитуде, ширине спектра, длительности, времени выхода или регистрации, числа регистраций, времени занятия диапазона и т.д. Этот процесс называется оценкой или изучением предыстории сигнала. Поисковые программы могут делать это по-своему. Их пишут, опираясь как на общепринятые каноны, так и на опыт разработчиков. Для анализа опасности или ценности сигнала используется цифровая запись отрезков сигнала с последующим анализом и демодуляцией, если в системе установлены требуемые демодуляторы или заложены алгоритмы цифровой демодуляции.

Из краткого экскурса в радиомониторинг можно понять, что основными компонентами системы радиомониторинга являются: радиоприемник с широкополосным аналоговым выходом, система ЦОС и управляющий компьютер. Границы между этими тремя компонентами могут двигаться в ту или другую сторону, например система ЦОС может только оцифровывать сигнал и передавать данные в компьютер для дальнейшей обработки, а может полностью решать задачу обнаружения и выдавать в компьютер только готовый результат для отображения или передачи потребителю. Чем мощнее DSP в системе ЦОС, тем больше задач следует передать ей для выполнения. Граница раздела цифровой и аналоговой частей имеет тенденцию все большего приближения к антенне приемника.

Описываемая ниже система радиомониторинга выполнена как единый портативный блок, в котором объединены все компоненты: широко диапазонный радиоприемник с широкополосным выходом промежуточной частоты, система- ЦОС с мощным DSP и встроенным цифровым конвертером вниз (DDC), а также одноплатный компьютер со всеми стандартными интерфейсами и встроенным внутрь блока 7-дюймовым TFT дисплеем и жестким диском на 100 МБ.

В настоящее время существует устойчивая тенденция разработки отдельных функциональных устройств (радиоприемников, демодуляторов, декодеров, регистраторов и др.), входящих в аппаратно-программные комплексы радиосвязи и радиоконтроля, либо в виде плат, встраиваемых в ISA- или PCI-слоты компьютера, либо в виде отдельных модулей, подключаемых к компьютеру через порты COM, LPT или PCMCIA. Благодаря такому решению обеспечивается высокая скорость обмена информации между такими устройствами и компьютером, а отсутствие у них дополнительных внешних органов управления позволяет достичь небольших массогабаритных параметров. Характерным примером специализированных компьютерных устройств являются компьютерные радиоприемники. В настоящее время разработаны различные типы компьютерных радиоприемных устройств: от самых простейших узко диапазонных FM-тюнеров до всеволновых приемников, отвечающих профессиональным требованиям к средствам радиоприема [35]. Существующие модели компьютерных FM-тюнеров предназначены для прослушивания широковещательных станций так называемого FM-диапазона на небольших удалениях от радиопередатчиков. Эти приемники представляют собой либо отдельные ISA- ли PCI-платы, либо они интегрированы в платы звуковых карт или TV-тюнеров. В настоящее время отдельные платы FM-тюнеров уже практически не выпускаются, так как использование одного слота только для обеспечения любительского FM-радиоприема на сегодняшний день представляется расточительным. Производителями такого оборудования для радиоприема являются фирмы Creative Labs, MediaForte, Averm, Leadtek и ряд других. В общем случае, выпускаемые ими компьютерные FM-тюнеры обладают следующими характеристиками: диапазон рабочих частот 88... 110 МГц, возможность автоматического сканирования с шагом перестройки до 50 кГц, запись в память до 20 частот. Для управления их работой служит программное обеспечение, поставляемое фирмой-производителем. Возможность создания собственного программного обеспечения для изменения настроек таких радиоприемников, как правило, отсутствует.

В классе профессиональных компьютерных приемников на мировом рынке наиболее широко представлены радиоприемники, создаваемые фирмой Winradio Communications. Приемники этой фирмы выпускаются в двух вариантах исполнения: внутреннем с индексом «i» в названии модели и внешнем с индексом «е». Первый вариант исполнения радиоприемника представляет собой компьютерную плату, которая устанавливается в ISA-слот персонального компьютера. На рисунке 2.4 показан производимый фирмой приемник WR-3150i-DSP.

Рисунок 2.13- Приемник WR-3150i-DSP

Размер платы для всех внутренних радиоприемников одинаковый: 114 х 290х 18 мм. Питание радиоприемника осуществляется от разъема компьютера.

Потребляемая мощность составляет 4 Вт. Со стороны компьютера радиоприемник идентифицируется как внешнее устройство на шине ISA. С помощью перемычек на плате приемника устанавливается один из 8 фиксированных адресов. Таким образом, возможна установка до 8 радиоприемников в один компьютер. Пример установки двух радиоприемников в персональный компьютер показан на рисунке 2.14

Рисунок 2.14-Установка двух радиоприемников в персональный