2. Техническая часть
2.1. Разработка структурных схем
передающего и приемного трактов устройств системы – на основе концепции SDR (SoftwareDefinedRadio). Пояснение
функционирования схем.
Суть технологии SoftwareDefined Radio
заключается в том, что базовые параметры приёмопередающего устройства
определяются именно программным обеспечением, а не аппаратной конфигурацией.
При использовании SDR
практически весь объем работ по обработке сигнала перекладывается на программное
обеспечение, которое запускается на персональном компьютере или управляет
работой некоторых конкретных специализированных микропроцессорных устройств,
предназначенных для обработки сигнала. Цель такого подхода — создать систему,
которая может принимать и передавать практически любые радиосигналы с помощью
программного обеспечения, которое априори является гибким и адаптивным.
Общая схема приёмо-передатчика приведена на рисунке 1.
Рисунок 1. Структурная схема приёмо-передатчика
Идеальная реализация SDR-приемника — это подключение антенны
непосредственно к аналого-цифровому преобразователю (АЦП), соединенному с
быстродействующим устройством обработки данных. В таком случае программное
обеспечение, запущенное на компьютере(или ЦСП), обеспечивало бы обработку
поступающего потока данных и преобразовывало бы их в требуемую форму. Идеальный
SDR-передатчик функционировал бы аналогично. Программное обеспечение
формировало бы поток данных, который поступал бы в цифро-аналоговый
преобразователь (ЦАП), подключенный к антенне.
Однако современная технологическая база не позволяет реализовать такую
идею. Доступные АЦП еще недостаточно быстры для работы в широкой полосе
радиоспектра или не имеют достаточного динамического диапазона, чтобы
оперировать с сигналами, имеющими огромную разницу уровней в этом спектре.
Для выделения необходимой полосы частот и переноса на более низкую
частоту, приемлемую для АЦП используется трансивер. Также трансивер реализует функцию передачи в канал данных, поступающих с
ЦАП.
ЦАП и АЦП непосредственно соединены с устройством обработки данных. Устройство
обработки данных реализуется на цифровом сигнальном процессоре, который на
основе заданных программных алгоритмов выполняет обработку принимаемых
(передаваемых) сигналов АЦП (ЦАП). В
нашем случае данное устройство должно выполнять ряд задач физического уровня
системы (перемежение/деперемежение, кодирование/декодирование, модуляция/демодуляция
и т.д.), так и задачи уровня MAC
(обработка пакетов, реализация функции ARQ, механизмы распределения канального ресурса).
Также устройство управления должно иметь интерфейс, через который
передаются и принимаются данные пользователя (например, USB).
2.2. Определение требований к
параметрам модулей структурных схем, практический выбор компонентов и оценка их
стоимости.
В качестве устройства управления необходимо выбрать цифровой сигнальный
процессор (ЦСП), тактовая частота работы которого свыше 500 МГц. Процессоры с такой
частотой позволяют использовать приёмники с прямым преобразованием частоты (для
частот в районе 2ГГц, которые используются в нашей системе). Также он должен иметь высокоскоростные
интерфейсы для обмена данными. А также иметь невысокое энергопотребление.
Был выбран ЦСП фирмы Analog
Devices ADSP-BF527. Данный процессор имеет максимальную тактовую частоту работы 600 МГц,
при этом имеет невысокое энергопотребление (270мВт). Также совместим с
интерфейсами USBи Ethernet.
Структурная схема представлена на рисунке 2.
Рисунок 2. Структурная схема ADSP-BF527
Стоимость
данного процессора составляет примерно 20$.
В качестве
трансивера был выбран трансивер фирмы Maxim Integrated Products модель MAX2830.
Рисунок 3. Трансивер MAX2830
Данное
устройство является трансивером прямого
преобразования частоты. Он разработан обеспечивает приём и передачу в диапазоне
частот 2,4-2,5 ГГц. И ширина полосы, с которой он способен работать составляет
от 20 до 40 МГц, что подходит для разработанной системы (полоса 33 МГц). Трансивер
содержит в своём составе перестраиваемые фильтры, необходимые для выделения
частот ВЧ и НЧ. А также синтезатор частот, который совместно со смесителем
перносит сигнал в область низких частот. Схема представлена на рисунке 3.
Стоимость
данного трансивера составляет около 4$.
В качестве
АЦП и ЦАП выбраны устройства фирмы Analogdevices. АЦП AD9254 имеет максимальную частоту выборок 150 МГц, что
является достаточным для наших целей. В качестве ЦАП используется AD9744 максимальная частота выборок 210 МГц.
Стоимость данных устройств 65$ и 8$ соответственно
Список
литературы.