تحقیق پردازشگرهاي ديجيتال يا (DSP) Discrete time signal processing
مقدمه
بخش مخابرات هوايي از مهمترين و اصلي ترين بخش هاست و زيرسيستم هاي يك سيستم هوايي را تشكيل مي دهد. درحوزه صنعت هوايي و ناوبري، گيرنده ها و فرستنده هاي راديويي نقش اساسي را دربخش مخابراتي برعهده دارند بخش مخابرات از سه بخش اساسي گيرنده، فرستنده و كانال مخابراتي تشكيل شده است كه دراين مقاله بيشتر به پردازش سيگنالهاي گسسته درزمان مي پردازيم كه در گيرنده ها و فرستنده هاي مخابراتي نقش اساسي را ايفا مي كنند گيرنده هاي راديويي نقش اساس درآشكارسازي، آناليز، شنود و جهت يابي سيگنالهاي دريافتي داشته كه عمدتاً از نوع سوپرهيتروداين استفاده مي شود.
علاوه بر سيستم هاي راديويي، بسياري از انواع سيتمها براي ارسال ديتاهاي با ارزش، از سيگنال هاي راديويي RF استفاده مي كنند كه داراي رشدي مداوم ، پيوسته و قابل توجه هستند، گيرنده هاي هوايي براي انواع مختلفي از كاربردها و حوزه اي عملياتي طراحي و بنا به نياز، بصورت انفرادي و يا عمدتاً درقالب سيستم بكارگيري مي شوند كه عمده اهداف و مقاصد اين نوع گيرنده ها براي ارتباطات هوايي يا زمين به هوا و بالعكس انجام مي شود عمده تعاريف به كاررفته درمخابرات هوايي يا دركل، مخابرات:
رنج ديناميكي : رنج از كمترين تا بيشترين سيگنالهاي ورودي برحسب dB، كه يك گيرنده مي تواند احساس كند بطور مثال اگر يك گيرنده قادر به آشكارسازي ، سيگنالهاي بين dB 10 و dB50- باشد در اين صورت رنج ديناميكي گيرنده dB 60 خواهد بود.
-پهناي باند لحظه اي : پهناي باند گيرند درهر نقطه معلوم از زمان (كه اساساً كمتر از پهناي باندكلي سيستم براي هرگيرنده مي باشد.
-حساسيت يا Sensitivity: كمترين سطح توان سيگنال دريافتي كه هر گيرنده قادر به آشكارسازي آن مي باشد را گويندكه (برحسب dBm اندازه گيري مي شود)
-پهناي باند راديويي كل : رنج فركانسي كه گيرنده قادر به آشكارسازي آنها مي باشد راگويند.
-توانايي پردازش چندين سيگنال: ميزان قابليت و توانايي گيرنده درتشخيص و تميز دادن بين دو سيگنال راداري درفركانس هاي متفاوت در درون پهناي باند لحظه‌اي يك گيرنده
پردازشگرهاي ديجيتالي درگيرنده هاي ديجيتالي
به دليل استفاده از تكنيك سوپرهيتروداين درگيرنده هاي ديجيتالي ابتدا به مقدمه اي از اين گيرنده ها مي پردازيم سپس گيرنده هاي ديجيتالي را شرح داده و سپس به پردازشگر ديجيتالي كه مهمترين قسمت اين بخش از گيرنده هاست مي پردازيم.
گيرنده هاي سوپرهيتروداين:
گيرنده هاي سوپرهيتروداين از رايجترين و پركاربردترين نوع گيرنده ها درجهان براي تقريباً همه سيستم هاي دريافت راديويي و راداري با بهره گيري از ساختار سوپرهيت مي باشد. درگيرنده سوپرهيت نياز به تقويت كننده راديويي باند پهن براي اصلاح حساسيت نيست بلكه به جاي آن، سيگنال [1]RF با استفاده از يك مخلوط كننده يا ميكسر و يك نوسان ساز محلي[2] به يك فركانس مياني[3] تبديل و سپس با استفاده از يك تقويت كننده IF، گين با بهره مورد نياز بدست مي آيد. سيگنال تبديل شده به فركانس پائين[4] ازميان يك فيلتر ميان گذر[5] عبور مي كند، اين فيلتر باعث عبور بودن تضعيف سيگنال مورد نظر شده و ساير سيگنالهاي ناخواسته بويژه سيگنالهاي ناشي از حاصلضرب هاي فركانسي كه باعث توليد اعوجاج اينترمدولاسيون و در نتيجه سيگنال نامطلوب مي شوند را حذف مي نمايد و آنها را عبور نمي دهد.
مزيت تبديل سيگنال RF به يك سيگنال IF با فركانس پائين تر به روش سوپرهيت اين است كه فيلتر ها و تقويت كننده هايي با پهناي باند باريك و با مشخصه هاي فركانس قطع[6] نيز نيازمند است كه درفركانس هاي IF به راحتي در درسترس است به همين دليل گيرنده هاي سوپرهيتروداين داراي حساسيت بالا و انتخاب گري[7] فركانس بسيار خوبي است كه باعث ايده آل بودن آنها براي آناليز دقيق و جزئي مشخصه هاي سيگنال دريافتي است. هرچند بسبب بالا بودن سطح انتخابگري فركانس اين گيرنده معمولاً داراي پهناي باند فركانس لحظه اي باريك بوده و قادر نيست چندين سيگنال ورودي را بطورهمزمان كنترل و پردازش نمايد. در زمينه پردازش بعداً مفصلاً بحث خواهد شد.
گيرنده هاي ديجيتالي :
بروز وظهور گيرنده هاي ديجيتالي نتيجه پيشرفت و توسعه در طراحي آي سي هاي سرعت بالا و امكان كوچك سازي و بهره گيري از كامپيوترهاي ديجيتال توانمند براي پردازش ديجيتالي سيگنال مي باشد. اصول عملكرد گيرنده ها براساس تبديل سيگنالهاي دريافتي به رشته بيتهاي ديجيتالي است. كه با نمونه برداري و كوانتيزه نمودن سيگنالهاي راديويي (RF)، با بهره گيري از مبدلهاي آنالوگ به ديجيتال با سرعت بالا انجام مي شود. بلوك دياگرام شكل 1 يك گيرنده ديجيتالي رانشان مي دهد كه از ساختار سوپرهيتروداين براي بخش راديويي بهره گرفته است. فركانس نمونه برداري (FS) مبدل آنالوگ به ديجيتال بايستي حداقل دو برابر پهناي باند سينگنال IF به منظور تحقق معيار نايكوئيست باشد.
اگرچه انتظار اين است كه پردازش ديجيتالي نقش بسيارزيادي درتوسعه گيرنده هاي هوايي بازي كند اما محدوديتهاي فعلي در سرعت كارآيي و پردازش آي سي ها باعث محدوديت درپردازش پهناي باند لحظه اي سيگنال شده است.
اگرچه امروزه گيرنده هاي ديجيتال باوجود اين محدوديتها، قادرند تا پهناي باند لحظه اي از MHZ500 تا GHZ2 دركانال دريافت، تمامي سيگنال هاي دريافتي، حتي سيگنالهاي همزمان را به فرم ديجيتال پردازش نموده و براي هر سيگنال تمامي اندازه گيريها از جمله، زمان دريافت، دامنه، فاز، فركانس، پهناي پالس، مدولاسيون روي پالس را فراهم سازد.
دربسياري از كاربردهاي هوايي يك گيرنده ديجيتال بايستي قادر به ديجتايز نمودن سيگنال ورودي باشد، تا بتواند رنج وسيعي از فركانس را اشغال نمايد. درحال حاضر، مبدل هاي آنالوگ به ديجيتال[8] نمي توانند پهناي باندكافي و مناسبي را براي ديجيتايز نمودن مستقيم سيگنالهاي ورودي پوشش دهند. بنابراين، امروزه درگيرنده اي ديجيتالي معمولاً از مبدل A/D به همراه تكنيك سوپرهيروداين، كه سيگنال RF موردنظر راكاهش داده و به فركانس IF تبديل مي كند. استفاده مي شود تا بتوان از تكنيكهاي پردازشي سيگنال ديجيتال بهره گرفت. شكل 2 بلوك دياگرام يك گيرنده ديجيتال با استفاده از ساختار كاهش دهنده فركانس يا سوپرهيتروداين را نشان مي‌دهد.
همانطور كه مي دانيد درپردازش ديجيتالي تبديل فوريه يكي از مهمترين بحثهاي اين بخش از تكنولوژي محسوب مي شود لذا دراين بخش از مقوله به تبديل فوريه و بحث هاي مربوط به آن مي پردازيم.
نمونه برداري از تبديل فوريه
همانطور كه مي دانيد در پردازش ديجيتالي سيگنال تبديل فوريه يكي از مهمترين بحثهاي اين بخش از تكنولوژي محسوب مي شود لذا دراين بخش از مقوله به تبديل فوريه و بحث هاي مربوط به آن مي پردازيم.
نمونه برداري از تبديل فوريه
دراين بخش، ما به صورت عمومي تر به بحث درمورد ارتباط بين يك دنباله غيرتناوبي فوريه X(ejw) مي پردازيم و دنباله متناوب به لحاظ اينكه ضرايب DFS مرتبط بانمونه هاي X(ejw) مي باشند به صورت برابر درفركانس جا مي گيرند. ما اين
[1] . Radio Frequency
[2] . Local Osilator
[3] . Inter Mediate Frequency
[4] . Down Converted
[5] . Band Past Filter
[6] . Cut-off
[7] . Selectivity
[8] . Analog to Digital
تحقیق پردازشگرهاي ديجيتال يا (DSP) Discrete time signal processing