Д.В. Кондаков1, А.П. Лавров2, С.В. Завьялов3

1-3 ФГАОУ ВО «Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого» (Санкт-Петербург, Россия)

1 dmitrii.kondakov@spbstu.ru; 2 lavrov_ap@spbstu.ru; 3 zavyalov_sv@spbstu.ru

Постановка проблемы. Анализ спектра сигналов − востребованная задача при разработке различных радиотехнических и телекоммуникационных устройств. Обычно применяемые анализаторы спектра имеют высокую стоимость и ограниченную полосу частот (порядка десятков мегагерц) при обработке сигналов в реальном времени, что повышает вероятность пропуска сигналов. В настоящее время активно исследуются такие методы анализа сигналов в широкой полосе частот, как многоканальная субдискретизация с использованием цифровых методов обработки отсчетов сигналов. В данной работе рассматривается восстановление амплитудного спектра сигналов в широкой полосе частот при параллельной работе нескольких асинхронных каналов сбора отсчетов с их спектральным анализом, развертыванием частотных откликов каналов из первой зоны Найквиста в высокие зоны и последующей совместной обработкой развернутых спектров для получения спектра входного сигнала, так называемого восстановленного спектра входного сигнала. Для этого предлагается следующее: использование нескольких каналов обработки с параллельно работающими аналоговоцифровых преобразователями (АЦП), отличающихся частотой субдискретизации и построение в каждом канале амплитудного спектра, а затем на заключительном этапе совместная обработка полученных амплитудных спектров в цифровом процессоре и формирование итогового амплитудного спектра входного сигнала.

Цель. Разработать макет блока оцифровки и восстановления амплитудног о спектра сигнала (БОВС) при использовании метода многоканальной субдискретизации и исследоватьего характер истики при функционировании в сложной сигнальной обстановке с помощью специального экспериментального стенда.

Результаты. Разработан макет БОВС широкополосного сигнала с применением метода многоканальной асинхронной субдискретизации и создан экспериментальный стенд для проверкиего ха рактеристик. Проведен сравнительный анализ результатов, полученных при использован ии разработанного блока, с данны ми анализатора спектра БАРСМСА-26С [1] для одно- и многосигнального режимов по критерию соответствия положений сиг налов в рабочем диапазоне частот 0…18 ГГц с частотным разрешением 1 МГц. Выявлено корректное восстановление спект ра входного сигнала в широкой полосе частот. Отмечено, что при работе созданного макета блока отсутствуют побочные отклики в восстановленном спектре, а значения уровня шума не зависят от частоты во всем рабочем диапазоне. Показано, что по сравнению с анализатором спектра БАРСМСА-26С синтезированный БОВС на основе метода многоканальной субдискрет изации оказывается дешевле и может обеспечивать обработку сигналов в реальном времени в полосе до 1200 МГц и при ограниченной ширине зоны Найквиста используемого АЦП (полоса обзора в реальном времени для анализатора спектра БАРСМСА-26С составляет 20 МГц).

Практическая значимость. Представленный макет БОВС обеспечивает функционирование в реал ьном времени в широкой мгновенной рабочей полосе частот при высоком частотном разрешен ии, что обуславливает возможностьего применения при разработке современных радиотехнических систем.

Кондаков Д.В., Лавров А.П., Завьялов С.В. Экспериментальная проверка метода восстановления амплитудного спектра сигналов при многоканальной субдискретизации // Радиотехника. 2026. Т. 90. № 3. С. 181–190. DOI: https://doi.org/10.18127/j00338486-202603-16

1. 95416-25 Анализаторы спектра (БАРС-МСА-26С). Текст: электронный // ОЕИ Аналитика: [сайт]. URL: https://fgis.gost.ru/fundmetrology/api/downloadfile/1d973c20-a896-4926-aa69-d5b6b3333d2a (дата обращения: 06.08.2025).
2. Imam-Fulani Y.O., Faru N., Sowande O.A., Abdulkarim A., Alozie E., Usman A.D., Adewole K.S., Oloyede A.A., Chiroma H., Garba S., et al. 5G frequency standardization, technologies, channel models, and network deployment: advances, challenges, and future directions // Sustainability. 2023. № 15. Р. 5173.
3. Ancans G., Bobrovs V., An cans A., Kalibatiene D. Spectrum considerations for 5G mobile communication systems // Procedia Computer Science. V. 104. P. 509− 516. DOI: 10.1016/j.procs.2017.01.166.
4. Дадашев М.С., Земцов Д.С., Злоказов Е.Ю., Небавский В.А., Осипов В.Г., Павлов П.А., Романов А.С., Стариков Р.С., Хафизов И.Ж. Фотонный аналогово-цифровой преобразователь с электронным квант ованием и оптической выборкой на скорости до 10 Гвыб/с // Радиотехника и электроника. 2023. Т. 68. № 2. C. 188− 194. DOI: 10.31857/S0033849423020031.
5. Карманов Ю.Т., Николаев А.Н., Зеленцова Я.Г., Поваляев С.В., Заляцкая И.И. Применение монобитной цифровой технологии обработки радиосигналов в широкодиапазонных радиоэлектронных системах // Вестник Южно-Уральского гос. ун-та. Сер. Компьютерные технологии, управление, радиоэлектроника. 2014. Т. 14. № 3. С. 11−18.
6. Tsui J., Cheng Chi-Hao. Digital techniques for wideband receivers. 3nd ed. SciTech Publishing Inc. New York. United States. 2015. 608 p. DOI: 10.1049/SBRA511E.
7. Лесников В.А., Наумович Т.В., Частиков А.В., Гарш Д.Г. Восстановление спектра сигнала, искаженного при субдискретизации // DSPA: Вопросы применения цифровой обработки сигналов. 2016. № 2(6). С. 239− 243.
8. Ботов В.А., Горюнцов И.С., Погребной Д.С., Кренев А.Н., Топорков В.К. Способ расширения полосы частот обнаружения радиосигналов в спектральной области // Сб. трудов Междунар. на уч.-технич. конф. «Системы синхронизации, формирования и обработки сигналов в инфокоммуникациях СИНХРОИНФО 2014». Воронеж: ООО «ИД Медиа Паблишер». 2014. Т. 2. № 2. С. 122−124.
9. Tzou N., Bhatta D., Muldrey B.J.Jr., Moon T. Low Cost Sparse Multiband Signa l Characterization Using Asynchronous Multi-Rate Sampling: Algorithms and Hardware // Journal of Electronic Testing. 2015. V. 31. № 1. P. 85− 9
10. DOI 10.1007/s10836-015-5505-9. 1
11. Кондаков Д.В., Лавров А.П. Определение частотного спектра многокомпонентного радиосигнала в цифровом приёмнике с субдискретизацией // Радиотехника. 2019. № 9(13). С. 20−26. DOI: 10.18127/j00338486-201909(13)-02. 1
12. Кондаков Д.В., Лавров А.П. Анализ работы цифрового многоканального широкополосного приёмника с субдискретизацией // Журнал радиоэлектроники [эле ктронный журнал]. 2019. № 1. 10 с. Режим доступа: http://jre.cplire.ru/jre/jan19/5/text.pdf. DOI: 10.30898/1684-1719.2019.1.5. 1
13. Кондаков Д.В., Космынин А.Н., Лавров А.П. Алгоритм оценки частот многоко мпонентного сигнала в цифровом п риемнике с субдискретизацией // Труды XXIII Междунар. науч.-технич. конф. «Радиолокация, навигация, связь». Воронеж: Изд-во ВГУ. 2017. Т. II. С. 481−486. 1
14. Подстригаев А.С. Методика проектирования сверхши рокополосного цифрового приемник а с субдискретизацией // TComm: Телекоммуникации и транспорт. 2021. Т. 15. № 10. С. 11−17. DOI: 10.36724/2072-8735-2021-15-10-11-17.