Канальный фильтр для телевизионного модулятора dvb-t2




Скачать 75.84 Kb.
Дата12.06.2016
Размер75.84 Kb.
КАНАЛЬНЫЙ ФИЛЬТР ДЛЯ ТЕЛЕВИЗИОННОГО МОДУЛЯТОРА DVB-T2

А. Ю. Королёва, В. П. Разинкин (научный руководитель)

Новосибирский Государственный Технический Университет

630073, г. Новосибирск, пр-т К.Маркса, 20

E-mail: alena1040@gmail.com

Данная работа посвящена разработке и исследованию фильтровых структур дециметрового диапазона, применяемых в системах цифрового телевидения. Предложены структура и методика расчета модифицированного эллиптического канального фильтра в сосредоточенном элементном базисе. Селективные свойства разработанного фильтра соответствуют требованиям критической маски на амплитудно-частотную характеристику канального телевизионного фильтра.

Частотно-селективные устройства, в частности полосовые фильтры, являются главными компонентами в радиотехнике, телекоммуникациях, системах связи и телевидении. К фильтрам предъявляются всё более жесткие требования по снижению массогабаритных параметров, увеличению селективных свойств и уменьшению прямых потерь в полосе пропускания.

Эллиптические фильтры обладают повышенными селективными свойствами, за счёт наличия нулей коэффициента передачи в полосе заграждения, вследствие чего обеспечивается большая крутизна скатов АЧХ по сравнению с классическими полиномиальными фильтрами (Баттерворта, Чебышёва). В свою очередь известные методы синтеза эллиптических фильтров не учитывают требования к физической реализуемости элементов колебательных систем и исходят из обеспечения только заданного уровня затухания в полосе заграждения. В известных методиках также не заостряют внимание на значениях частот режекции в полосе заграждения, где коэффициент передачи фильтра стремится к нулю. За счет этого не удается в полной мере выполнить необходимые требования по селективным или избирательным свойствам фильтров, которые задаются цифровыми методами модуляции в связи, телевидении, измерительной технике и радиолокации.

С точки зрения получения малых прямых потерь прямоугольная форма АЧХ фильтра с заданным уровнем подавления в дальней зоне заграждения не всегда является оптимальной. Это связано с тем, что чем больше затухание в дальней зоне полосы заграждения, тем более выраженной становится проблема физической реализуемости элементов, которая приводит к возрастанию прямых потерь. Поэтому в настоящее время актуальной задачей является разработка новых схемотехнических решений, обеспечивающих повышение селективных свойств за счет увеличения добротности колебательных систем, входящих в состав эллиптических фильтров, и приближения частот режекции к полосе пропускания. Основой предложенной методики синтеза эллиптических фильтров с заданными частотами режекции в полосе заграждения является использование распределенного эквивалента и последующий переход к сосредоточенному элементному базису. Разработанная методика синтеза эллиптических фильтров обеспечивает существенное улучшение селективных свойств и физической реализуемости высокодобротных элементов колебательных систем фильтров.

Задачи проекта:

1. Разработать новые структуры эллиптических фильтров в сосредоточенном элементном базисе, удовлетворяющие требованиям хорошей физической реализуемости элементов;

2. Разработать методику расчета активного канального фильтра.

Частотно-селективные устройства, основными видами которых являются полосовые фильтры, широко применяются в радиотехнике, телекоммуникациях, системах подвижной связи и телевидении. В настоящее время большую актуальность имеет задача подавления спектральных составляющих вне полосы пропускания в системах эфирного наземного цифрового телевидения стандарта DVB-T2, принятого в России 2010 году. В связи с повышением спектральной эффективности цифровых систем на передающей и приемной стороне требуется увеличение уровня фильтрации в соседнем канале в среднем на 10-15 дБ по сравнению с аналоговым телевизионным вещанием. Также к полосовым канальным фильтрам цифрового телевидения предъявляются повышенные требования по уменьшению прямых потерь в полосе пропускания, увеличению селективных свойств и снижению массогабаритных параметров [1]. Аналитический обзор литературы показал, что одним из перспективных путей решения данной задачи, является разработка принципов построения и схемотехнических решений эллиптических фильтров с заданными частотами режекции в ближней зоне полосы заграждения. Такие фильтры обладают значительно большей крутизной ската амплитудно-частотной характеристики по сравнению с классическими полиномиальными фильтрами. При этом необходимо учитывать особенности сосредоточенного и распределенного элементного базиса эллиптических фильтров дециметрового и сантиметрового диапазона.

Стандарт цифрового эфирного вещания DVB-T2 является улучшенным и функционально расширенным следующим поколением стандарта DVB-T. В системе вещания DVB-T2 для передачи информации используется COFDM модуляция (Coded Orthogonal Frequency Division Multiplexing – ортогональное частотное разделение каналов с кодированием). В спектре сигнала имеется 6800 ортогональных несущих, каждая из которых модулирована по амплитуде и фазе. Это позволяет в полосе частот одного телевизионного канала передать до 10 программ.



d:\helen\учёба\диплом!\698.jpg

Рис. 1. Спектр сигнала DVB-T2
Применение стандарта DVB-T2 позволяет увеличить пропускную способность системы на 30%. Это достигнуто за счет введения режима модуляции 256-QAM и размерности быстрого преобразования Фурье (БПФ) 16k и 32k, а также добавлены новые значения защитных интервалов: 1/128, 19/128, 19/256. Скорость потока цифровых данных достигает 35 Мбит/с. За счет меньшего значения отношения сигнал/шум (ОСШ) на 5-6 дБ, в стандарте DVB-T2 стало возможным снижение мощности передатчиков в 3-4 раза при том же радиусе обслуживания.

Расширение спектра сигнала происходит за счет нелинейных искажений в усилительных элементах телевизионного тракта. Это приводит к появлению новых спектральных составляющих. Поэтому канальные телевизионные фильтры должны удовлетворять требованиям критической маски на амплитудно-частотную характеристику (АЧХ), что обеспечивает устранение расползания спектра на соседние каналы [2].



Рис. 2. Характеристика боковых полос для аналогового и цифрового телевидения

На рис. 3 показана структурная схема предлагаемого канального фильтра. Данный фильтр состоит из квазиэллиптического фильтра и широкополосного фильтра Чебышёва, между которыми включен буферный усилитель.


d:\фильтр.jpg
Рис. 3. Структурная схема канального фильтра
За основу квазиэллиптического фильтра взят полосовой фильтр второго порядка с четвертьволновой связью. На рис. 4 представлено эквивалентное замещение четвертьволновых короткозамкнутых резонаторов на колебательные системы с тремя резонансными частотами, выполненные на сосредоточенных элементах.

d:\резонатор.jpg

Рис. 4. Эквивалентное замещение четвертьволновых короткозамкнутых резонаторов колебательными контурами
Данная замена необходима для уменьшения массогабаритных параметров фильтра. Далее записываем условие эквивалентности исходного четвертьволнового резонатора и сложной колебательной системы:


где: B; - проводимость колебательной системы на сосредоточенных элементах; [3].
Рассматриваемый квазиэллиптический фильтр обладает высокими селективными свойствами, за счёт наличия нулей коэффициента передачи в полосе заграждения, вследствие чего обеспечивается большая крутизна скатов АЧХ по сравнению с другими видами фильтров (Баттерворта, Чебышёва). Эквивалентная замена с достаточной точностью осуществляется только в полосе пропускания, но в дальней зоне полосы заграждения фильтрация ухудшается. Для устранения этого недостатка на выходе буферного усилителя использован классический фильтр Чебышёва. Результаты компьютерного моделирования частотных свойств канального фильтра приведены на рис. 5.

d:\ачх канального фильтра.jpg.

Рис. 5. АЧХ квазиэллиптического канального фильтра
Дальнейшие исследования направлены на уменьшение неравномерности группового времени запаздывания (ГВЗ) канального фильтра, а также на повышение селективных свойств в дальней зоне полосы заграждения. Для решения данных задач следует провести не только структурный синтез, но и параметрическую оптимизацию для реактивных элементов колебательных систем и режекторов на заданные частоты. Важной задачей также является синтез частотно-избирательных структур, обеспечивающих требуемую фильтрацию в дальней зоне полосы заграждения. Таким образом, с помощью включенных каскадно частотно-избирательных структур, которые выполняют различную функцию в формировании заданной формы АЧХ, предполагается обеспечить малые прямые потери. В результате выполненных исследований будут созданы канальные телевизионные фильтры нового поколения для любого частотного канала дециметрового диапазона. Разработанные методики синтеза фильтров будут адаптированы и для канальных фильтров дециметрового диапазона, предназначенных для работы на высоком уровне мощности.

Предложенная структура и методика расчета позволили создать новое схемотехническое решение активного канального фильтра для DVB-T2 модулятора, который в среднем на 10 дБ позволяет улучшить фильтрацию по отношению к случаю использования классических полиномиальных фильтров. При синтезе структуры квазиэллиптического фильтра был использован распределенный эквивалент для последующего перехода к сосредоточенному базису. Это обеспечило улучшение физической реализуемости реактивных элементов за счет повышения их добротности. Предложенная структура канального телевизионного фильтра будет использована в аппаратуре, производимой в ООО "НПП Триада-ТВ". Разработанные фильтры могут найти применение в системах связи и телекоммуникационных радиоканалах передачи данных в диапазоне частот от 0,05 ГГц до 2,4 ГГц.



Список литературы

  1. Абросимов А. А. Эллиптические фильтры с заданными частотами режекции в полосе заграждения: автореферат. – Новосибирск: НГТУ, 2013. – 23 с.

  2. Триада-ТВ. Основы цифрового телевидения в стандарте DVB-T/H: методическое пособие к учебному курсу – Новосибирск, 2009. – 55 с.

  3. Разинкин В.П. Широкополосные управляемые СВЧ устройства высокого уровня мощности: монография / В.П. Разинкин, В.А. Хрусталев, С.Ю. Матвеев. – Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2008. – 316 с. (серия «Монография НГТУ»).

  4. Разинкин В.П. Пат. № 2414024 РФ, МКИ H 01 P 1/00. Узкополосный фильтр / В.П. Разинкин, В.Н. Удалов, Д.С. Матвеев // Изобретения. – 2011. - № 7.

  5. Разинкин В.П. Основы цифровой аудио- и видеотехники. Часть 2: учеб. Пособие / В.П. Разинкин, А.А. Абросимов. – Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2011. – 84 с.


База данных защищена авторским правом ©uverenniy.ru 2016
обратиться к администрации

    Главная страница