Реализация передатчиков радиосигналов в цифровом виде

Традиционно радиосигналы получались аналоговыми методами при помощи специализированных генераторов синусоидального сигнала и аналоговых смесителей. Однако в последнее время радиосигналы все чаще начинают формировать непосредственно в цифровом виде и только затем они преобразуются в аналоговую форму. Это обусловлено высокой повторяемостью характеристик цифровых устройств, и возможностью избежать влияния паразитных связей между блоками, входящими в состав разрабатываемого устройства. Отсутствие паразитных связей между внутренними блоками цифрового устройства, в свою очередь, ведет к возможности получить более высокие характеристики формируемых радиосигналов.

В настоящее время применяются в основном два подхода формирования радиосигналов в цифровой форме. Первый способ — это формирование квадратурных компонент сигнала I и Q в полосе частот от 0 до f_в с последующим переносом этих сигналов на несущую или промежуточную частоту при помощи аналоговых или цифровых умножителей. Такие устройства получили название квадратурные модуляторы. В иностранной литературе такие устройства получили название "Up converter".

Второй способ формирования сигнала заключается в непосредственной генерации синусоидального сигнала цифровыми методами. При таком способе формирования сигнала предусматривается возможность изменения амплитуды, частоты или фазы радиосигнала. Такие устройства обычно называются полярными модуляторами. В иностранной литературе устройства непосредственной генерации сигнала получили название схем прямого цифрового синтеза — DDS.

При цифровом формировании радиосигнала по методу прямого цифрового синтеза аналоговый сигнал получается на выходе аналого-цифрового преобразователя. Форма генерируемого таким способом аналогового сигнала определяется цифровыми кодами, подаваемыми на вход аналого-цифрового преобразователя.

Цифровые коды отсчетов полезного сигнала можно хранить в постоянном запоминающем устройстве. Выдавать их на выход ПЗУ можно, последовательно перебирая все возможные комбинации на его адресных входах. Таким способом можно сформировать на выходе цифрового устройства любую форму выходного сигнала.

Упрощенная структурная схема устройства прямого цифрового синтеза (DDS), приведена на рисунке 16.1.

Рисунок 16.1 – Структурная схема устройства прямого цифрового синтеза

При распространении сигнала по электрическим цепям очень важно, чтобы он не подвергался искажениям. При распространении сигнала по цифровым схемам такому требованию удовлетворяет сигнал прямоугольной формы, однако если подобный сигнал подать на вход аналогового фильтра (а фильтрующими свойствами обладают все аналоговые схемы), то на его выходе прямоугольный сигнал будет искажен. При распространении сигнала по аналоговым схемам, форма не изменяется только у синусоидальных сигналов. На выходе аналогового устройства будет изменена только амплитуда и фаза этого сигнала. Именно поэтому, несмотря на неоднократные попытки использовать для радиосвязи сигналы с другой формой, в радиоприемниках и передатчиках до сих пор применяются именно синусоидальные сигналы.

Устройства, позволяющие непосредственно в цифровом виде формировать отсчеты синусоидального сигнала с программируемой частотой, получили название генераторов с цифровым управлением (NCO). Рассмотрим работу этих устройств подробнее.