Введение к работе
Актуальность проблемы
Наблюдаемый в настоящее время прогресс науки и техники, постоянно
возрастающие потребности общества обуславливают необходимость выполнения
проектных работ большого объема Сказанное в полной мере относится к быстро
развиваемым информационно-коммуникационным технологиям
(инфокоммуникациями), включающим в себя спутниковые сети связи и телевизионного вещания По утверждению Президента Международной Академии Связи доктора технических наук профессора Л Е Варакина индустрия создания и предоставления услуг инфокоммуникаций является основой развитой информационной среды, и именно на ней строится социально экономическая база перехода к информационному обществу Возникшее в настоящее время противоречие между ростом сложности инфокоммуникаций и необходимостью проектирования их в сжатые сроки обусловило создание и быстрое развитие ряда систем автоматизированного проектирования
Под автоматизацией проектирования понимается способ проектирования, при котором часть проектных операций и процедур осуществляются взаимодействием человека и электронно-вычислительной машины (ЭВМ) Методы автоматизированного проектирования появились, как результат стремления заменить дорогостоящее и длительное физическое моделирование математическим Под моделированием понимается получение модели, способной замещать реальный объект в нужных исследователю отношениях, и оперирование этой моделью с целью получения полезной информации об объекте При математическом моделировании вместо макета используют его математическую модель
Таким образом, разработка математических моделей, методов и алгоритмов, в достаточной степени учитывающих возможности ЭВМ и позволяющих достичь новых рубежей в точности, универсальности, степени оптимальности получаемых результатов обусловлено как актуальностью проблем автоматизированного проектирования, так и развитием и распространением инфокоммуникаций
Цель работы. Осуществить моделирование приемных систем спутникового телевидения, содержащих цифровые тракты формирования и обработки сигналов, и на основе полученных результатов исследовать варианты схемотехнических решений конкретных устройств, оптимальных с позиций заданных критериев
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи
Сформировать систему компонентных уравнений, образующих шумовую модель антенны приемной системы спутникового телевидения, с достаточной степенью полноты отражающей свойства атмосферы Земли в 14-ти климатических зонах мира, в том числе и над территорией Республики Йемен
Провести исследование шумовой математической модели приемной антенны Полученные результаты сравнить с известными и сделать выводы о
применимости полученных результатов в инженерной практике как при разработке приемных телевизионных систем, так и при их эксплуатации
3 Сформировать шумовую математическую модель обобщенного варианта
схемотехнического решения высокочастотного тракта приемной системы
спутникового телевидения
4 Провести исследование сформированной шумовой математической модели
конкретного варианта высокочастотного тракта приемной телевизионной системы, и
основываясь на полученных результатах, обоснованно предложить, один из
вариантов схемотехнического решения высокочастотного тракта, ориентированного
на применение современной компонентной базы
5 Сформировать макромодель высокочастотного тракта приемного
телевизионного устройства, позволяющую учитывать влияние шумовой
температуры антенны на динамический диапазон по блокированию и провести
исследование данной макромодели
6 Провести моделирование устройств формирования и обработки сигналов
цифрового тракта спутниковых телевизионных систем и исследовать влияние шума
на качество приема сигналов цифровыми системами
Методы исследования базируются на теоретических методах формирования функциональных аналитических моделей, а также использовании математически ориентированных универсальных систем компьютерной математики Lab View 7 1, MATLAB5 2 и Micro-Cap 7
Объектом исследования являются наземные антенны приемных телевизионных систем спутникового вещания, их высокочастотные тракты, а также цифровые тракты передачи сигналов изображения, включая их устройства формирования и обработки сигналов
Научная новизна работы
Решен комплекс методологических задач по формированию компонентных уравнений шумовой температуры наземных антенн приемных систем спутникового телевидения и последующего построения их конкретных шумовых математических моделей
Предложена шумовая математическая модель высокочастотного тракта приемной телевизионной системы, учитывающая влияние зеркального канала приема
Предложены два варианта схемотехнических решений конверторов приемных телевизионных систем, в которых используются сверхвысокочастотные малошумящие усилители на транзисторах с высокой подвижностью электронов (НЕМ-транзисторах)
Предложена макромодель высокочастотного тракта приемного телевизионного устройства, учитывающая влияние шумовой температуры антенны на динамический диапазон по блокированию
5 Разработаны компьютерные модели, используемые как для схемотехнического моделирования модуляторов QPSK, цифровых частотных детекторов, генераторов шума и помех, так и для исследования влияния шума на качество приема сигналов цифровыми системами
Практическая ценность данной диссертационной работы заключается
в формировании и исследовании шумовой модели наземной антенны, позволяющей рассчитывать значение температуры антенны для каждой из 14-ти климатических зон мира с относительной погрешностью менее 6 %,
в формировании и исследовании шумовой модели высокочастотного тракта приемной системы с учетом влияния шумов зеркального канала приема,
в результатах моделирования предложенного варианта схемотехнического решения сверхвысокочастотного конвертора, позволяющего получать шумовые температуры на входе менее 100 К,
в результатах схемотехнического моделирования устройств формирования и обработки сигналов цифрового тракта спутниковых телевизионных систем и исследовании влияния шума на качество приема сигналов, позволяющих выявлять пороговые уровни шума, при которых прием цифровых сигналов становится невозможным, несмотря на увеличение потока данных
Достоверность результатов
Исследования подтверждаются сопоставлением экспериментальных данных ослаблений телевизионного сигнала в атмосфере с расчетными данными, апробацией результатов исследования на научных конференциях, актами их внедрения
Основные положения, выносимые на защиту
Система компонентных уравнений шумовой температуры наземных антенн приемных систем спутникового телевидения, учитывающая особенности атмосферы в 14-ти климатических зонах мира
Методика формирования шумовых моделей высокочастотных трактов приемных устройств с учетом зеркального канала приема
Предлагаемые варианты схемотехнических решений сверхвысокочастотных конверторов приемных систем спутникового телевидения, содержащие малошумящие усилители на транзисторах с высокой подвижностью электронов
Макромодель высокочастотного тракта приемного телевизионного устройства, учитывающая влияние шумовой температуры антенны на динамический диапазон по блокированию
Результаты схемотехнического моделирования устройств формирования и обработки сигналов цифровых трактов спутниковых телевизионных систем и результаты исследования влияния шума на качество приема сигналов цифровыми системами
Внедрение результатов работы. Результаты моделирования приемных систем спутникового телевидения, содержащих цифровые тракты формирования и обработки сигналов, используются в учебном процессе на кафедре РПрУ и ТВ Таганрогского технологического института Южного Федерального Университета, НКБ ВС, о чем свидетельствуют акты внедрения
Апробация работы
Материалы диссертации обсуждались на следующих конференциях международной научной конференции "Цифровые методы и технологии (ЦМТ -2005), Таганрог, ТРТУ, 2005г, международной научной конференции "Статические методы в естественных, гуманитарных и технических науках", Таганрог, ТРТУ, 2006г, десятом юбилейном международном молодежном форуме "Радиоэлектроника и молодежь в XXI веке", Харьков, 2006г, второй ежегодной научной конференции студентов и аспирантов базовых кафедр Южного научного центра РАН, Ростов-на-Дону, 2006г, международной научной конференции "Информационные технологии в современном мире", Таганрог, ТРТУ, 2006г, третьей ежегодной научной конференции студентов и аспирантов базовых кафедр Южного научного центра РАН, Ростов-на-Дону, 2007г, международной научной конференции "Проблемы развития естественных, технических и социальных систем", Таганрог, ТТИ ЮФУ 2007г, тринадцатой всероссийской научной конференции студентов-физиков и молодых ученых ВНКСФ-13, Ростов-на-Дону, Таганрог, ТТИ ЮФУ 2007г,
Публикации. По теме диссертации опубликовано 14 печатных работ, из которых 7 статей, 7 тезисов докладов
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложений Материал работы изложен на 141 странице и содержит 7 таблиц, 34 рисунков, 122 библиографических источников и 5 страниц приложений
