Алгоритм расчета цифрового радиофотонного приемного тракта

Дмитрий Петрович Данилаев; Александр Евгеньевич Денисов

doi:10.22213/2413-1172-2026-2-98-107

Авторы

Д. П. Данилаев Казанский национальный исследовательский технический университет имени А. Н. Туполева - КАИ
А. Е. Денисов Казанский национальный исследовательский технический университет имени А. Н. Туполева - КАИ

DOI:

https://doi.org/10.22213/2413-1172-2026-2-98-107

Ключевые слова:

радиофотонный тракт, радиофотонный АЦП, коэффициент шума АЦП, динамический диапазон приемника, проектирование цифровых приемников, проектирование радиофотонного тракта

Аннотация

Проектирование приемных трактов для радиосигналов диапазона единиц сотен гигагерц требует учета шумовых свойств и особенностей соответствующей элементной базы, в том числе аналого-цифрового преобразователя (АЦП). В таких системах могут быть применены электронные и радиофотонные АЦП. Цель работы - развитие алгоритма расчета приемника с радиофотонным АЦП на основе существующих подходов к проектированию приемных устройств. Показано, что методика расчета коэффициента шума АЦП может быть единообразной для электронных и радиофотонных АЦП. Предложен поэтапный алгоритм расчета параметров радиофотонного тракта на основе заданных технических характеристик приемника и АЦП. Рассмотрены примеры расчета для систем радиомониторинга, требующих обеспечения большого динамического диапазона и широкой полосы Найквиста при одновременной работе в нескольких частотных диапазонах, а также достаточного эффективного числа разрядов (ENOB). Показано, что в расчетных примерах для радиофотонных АЦП могут быть достигнуты существенно меньшие значения коэффициента шума по сравнению со значениями, свойственными для электронных АЦП. Для диапазона частот 1…20 ГГц получены оценочные значения коэффициента шума радиофотонного АЦП на уровне 25,58…27,8 дБ. Данный результат обусловлен применением радиофотонной элементной базы, обеспечивающей снижение влияния собственных шумов, характерных для электронных АЦП. Выполнен расчет полосового и антиалайзингового фильтров и рассмотрена задача их оптимизации. Представлен итерационный подход к поиску компромисса между требованием к высокой чувствительности (низкий NF) и большому динамическому диапазону (высокий PIP3) путем подбора параметров, выбора ограничений и допущений в приведенном алгоритме расчета.

Биографии авторов

Д. П. Данилаев, Казанский национальный исследовательский технический университет имени А. Н. Туполева - КАИ

доктор технических наук, доцент

А. Е. Денисов, Казанский национальный исследовательский технический университет имени А. Н. Туполева - КАИ

ассистент

Библиографические ссылки

Danilaev D.P. (2019) Analog-to-digital converter selection for digital receiver. Systems of Signal Synchronization: Generating and Processing in Telecommunications, SYNCHROINFO 2019. Yaroslavl, 2019, p. 8813931. DOI: 10.1109/SYNCHROINFO.2019.8813931

Walden R.H. (1999) Analog-to-Digital Converter Survey and Analysis. IEEE J. Sel. Areas Comm., vol. 17, pp. 539-550.

Deakin C., Liu Z. (2022) Frequency interleaving dual comb photonic ADC with 7 bits ENOB up to 40 GHz: Conference on Lasers and Electro-Optics (CLEO), IEEE, 2022, pp. 1-2.

Verreault A., Cicek P.V., Robichaud A. (2024) Oversampling ADC: A review of recent design trends. IEEE Access, vol. 12, pp. 121753-121779.

Данилаев Д. П., Денисов А. Е., Хайруллин Н. Г. Оценка параметров радиофотонного приемного тракта с большим динамическим диапазоном // Вестник Казанского государственного технического университета имени А. Н. Туполева. 2025. Т. 81, № 4. С. 71-80.

Смоляков А. В., Подстригаев А. С. Экспериментальное исследование коэффициента шума цифрового приемника с субдискретизацией в полосе до 18 ГГЦ // Труды МАИ. 2022. № 122. С. 13.

Методика обоснования требований к аналоговой части приемного тракта цифрового радиоприемника / Р. И. Буров [и др.] // Вестник Воронежского государственного технического университета. 2023. Т. 19, № 4. С. 103-110.

Галкин В. А. Основы программно-конфигурируемого радио : монография. М. : Горячая линия - Телеком, 2016. 372 с.

Danilaev D.P. (2019) Analog-to-Digital converter selection for digital receiver: Systems of Signal Synchronization, Generating and Processing in Telecommunications (SYNCHROINFO), IEEE, 2019, pp. 1-6.

Воробьев О. В., Прасолов А. А. Сравнение методов повышения динамического диапазона АЦП цифровых радиоприемных устройств // Труды учебных заведений связи. 2018. Т. 4, № 2. С. 61-68.

Денисов А. Е., Данилаев Д. П. Использование радиофотонного аналого-цифрового преобразователя в структуре цифрового радиоприемного устройства // Вестник Поволжского государственного технологического университета. Серия: Радиотехнические и инфокоммуникационные системы. 2023. № 3 (59). С. 33-44. DOI: 10.25686/2306-2819.2023.3.33

Xu S. [et al.] (2019) Deep-learning-powered photonic analog-to-digital conversion. Light: Science & Applications, vol. 8, no. 1, p. 66.

Zou W. [et al.] (2024) Integrated photonic analog-to-digital converter and its applications: International Topical Meeting on Microwave Photonics (MWP), IEEE, 2024, pp. 1-4.

Фотонный анологово-цифровой преобразователь с электронным квантованием и оптической выборкой на скорости до 10 Гвыб/с / М. С. Дадашев, Д. С. Земцов, Е. Ю. Злоказов [и др.] // Радиотехника и электроника. 2023. Т. 68, № 2. С. 188-194.

Qi J. [et al.] (2023) Effects of Optical Sampling Pulse Power, RF Power, and Electronic Back-End Bandwidth on the Performance of Photonic Analog-to-Digital Converter. Micromachines, vol. 14, no. 12, p. 2155.

Zazzi A. [et al.] (2020) Mode-locked laser timing jitter limitation in optically enabled, spectrally sliced ADCs. Photonic Networks: 21th ITG-Symposium, VDE, 2020, pp. 1-5.

Аннино Б. (2021) Увеличение SFDR в высокопроизводительных АЦП // СВЧ-электроника. 2021. № 1 (16). С. 12-22.

Денисов А. Е., Данилаев Д. П. (2023) Структура цифрового радиоприемного устройства с фотонным аналого-цифровым преобразователем // Вестник ИжГТУ имени М. Т. Калашникова. 2023. Т. 26, № 4. С. 77-85. DOI: 10.22213/2413-1172-2023-4-77-85

Skrimponis P. [et al.] (2021) Understanding energy efficiency and interference tolerance in millimeter wave receivers: 55th Asilomar Conference on Signals, Systems, and Computers, IEEE, 2021, pp. 645-651.

Wang B. (2024) Signal processing based on Butterworth filter: Properties, design, and applications. Highlights in science, engineering and technology, vol. 97, pp. 72-77.

Комаров В. В., Лукьянов М. А. Волноводные СВЧ-фильтры: технические решения, тенденции развития и методы расчета // Журнал радиоэлектроники. 2021. № 1. С. 1-18.