Структурные схемы и принцип действия радиопередающих устройств. Структурные схемы радиопередающих устройств

Структурная схема передающего устройства определяется на­значением РЭС, видом излучаемых сигналов, диапазоном рабочих частот.

По принципу построения передатчики (ПРД) подразделяются на ПРД с одним генератором высокой частоты и ПРД с двумя и более генераторами. Выходным устройством ПРД с одним генератором может быть сам ГВЧ или усилитель мощности. Нагрузкой выходного устройства ПРД является антенна.

В простейшем передатчике - с одним мощным генератором высокой частоты (рис. 1) генерирование колебаний несущей частоты f 0 , их модуляция и усиление получен­ных сигналов осуществляется в одном каскаде - генераторе коле­баний высокой частоты (ГВЧ).

Рис. 1. Структурная схема передатчика с мощным генератором

самовозбуждения

Достоинством ПРД с выходным ГВЧ является его простота, возможность осуществления АМ и ЧМ. К недостаткам можно отнести: необходимость существенного усложнения ГВЧ для генерирования ФМ-колебаний; существенное воздействие на работу ГВЧ со стороны модулятора и антенны и их влияние на режим работы автогенератора.

Вследствие этого стабильность частоты генерируемого сигнала оказывается сравнительно низкой (относительная нестабильность =) Низкая стабильность частоты генерируемого сигнала не позволяет использовать такие ПРД тогда, когда необходимо выделять информацию, заключенную в значениях частоты и фазы радиосигналов (с ЧМ и ФМ). Кроме того, низкая стабильность частоты сигнала, излучаемого антенной ПРД, затрудняет его прием и обработку на других объектах.

Поэтому такого типа ПРД нашли широкое применение для генерирования некогерентной последовательности радиосигналов, у которых частота и фаза изменяются случайно от импульса к импульсу.

Меньшую нестабильность несущей частоты (=) имеют передатчики, выполненные по схеме, изображенной на рисунке 2.

Рис. 2. Структурная схема передатчика с задающим генератором

Здесь управление параметрами несущего колебания, генерируемого задающим генератором (ЗГ ), и усиление полученных сигналов осуществляется в выходном каскаде усилителя мощности (УМ ). Однако такой подход используется только при АМ, так как ЧМ в усилителе в принципе не возможна (усилитель является линейным устройством, которое не изменяет частоту входного сигнала). К тому же УМ обычно является многокаскадным, состоящим из предварительного УВЧ и выходного УМ. И, как правило, модулирующий сигнал подается только на предварительный УВЧ и очень редко на выходной УМ.

Для уменьшения d f используются промежуточные (буферные) каскады, устанавливаемые между ЗГ и УМ .

Повышенные требования к d f приводят к необходимости построения передатчиков с использованием сложных многокаскадных схем. При этом ЗГ работает на частотах, отличных от f 0 . Если эти частоты ниже f 0 , то между ЗГ и УМ включают каскады умножителей частоты (рис. 3).

Для стабилизации частоты ЗГ часто применяют кварцевые резонаторы, позволяющие снизить d f до . При термостатировании кварцевых резонаторов может быть обеспечена нестабильность d f = .

Рис. 3. Структурная схема передатчика с умножителем частоты

Генерирование гармонических колебаний осуществляется в ЗГ (автогенераторах), работающих в режиме самовозбуждения. Прин­цип действия автогенераторов основан на преобразовании энергии постоянного тока в энергию переменного (синусоидального) тока радиочастоты. Автогенератор представляет собой усилитель с це­пью положительной обратной связи. Для существования в авто­генераторе незатухающих колебаний необходимо выполнить баланс фаз и баланс амплитуд. В частном случае это означает, что напря­жение обратной связи на входе усилителя должно быть противо­фазным по отношению к напряжению выходного сигнала и доста­точным, чтобы компенсировать затухание энергии в колебательной системе. При соблюдении этих условий колебания обычно возни­кают самопроизвольно из-за шумового напряжения, причем часто­та генерируемых колебаний определяется параметрами колеба­тельной системы и приближенно равна резонансной частоте контура.

В усилителях мощности нагрузкой является колебательный кон­тур, настроенный на частоту усиливаемых колебаний. Для получе­ния большой выходной мощности выходной каскад работает в не­линейном режиме.

Умножители частоты также работают в нелинейном режиме. Нагрузкой этих каскадов является колебательный контур, настро­енный на частоту выбранной гармонической составляющей тока. При этом другие гармоники тока, включая и первую, подавля­ются.

Обобщённая структурная схема радиопередатчика. Классификация радиопередатчиков

Определяющей функцией радиопередающего устройства является создание электромагнитных колебаний, подвергнутых модуляции (манипуляции). Так, при ручной телеграфной радиосвязи электромагнитные колебания должны изменяться согласно нажатию и. ключа (или клавиш датчика пода Морзе), при телефонной радиосвязи ‒ в соответствии с колебаниями, создаваемыми микрофоном, и для буквопечатающей радиосвязи ‒ в соответствии с работой передающего телеграфного аппарата.

Радиопередающее устройство включает: преобразователь сообщения в первичный электрический сигнал (передающую часть оконечной аппаратуры), радиопередатчик и антенно-фидерную систему.

Передающая часть оконечной аппаратуры преобразует сообщение в первичный электрический сигнал. Эти устройства (микрофон, телефонный аппарат, телеграфный ключ, телеграфный аппарат и т.д.).

Антенно-фидерная система обеспечивает передачу сформированных в радиопередатчике сигналов в антенну, а последняя излучает эти сигналы в окружающее пространство. Антенны излучают электромагнитную энергию достаточно эффективно только в том случае, если размеры излучающей части антенны соизмеримы с длиной волны излучаемого колебания. Создать антенны, размеры которых превышали бы несколько сотен метров» с одной стороны, трудно, а для мобильных радиостанций и нецелесообразно. Поэтому для мобильных радиостанций широкое применение находят антенны с размерами, не превышающими сотен метров (чаще десятки и единицы метров). Для таких антенн частоты возбуждаемых колебаний обычно превышают сотки килогерц. Поскольку первичные электрические сигналы С (t ) обычно занимают сравнительно узкую полосу частот, примыкающую к началу частотной оси, то высокочастотные колебания, возбуждающие антенну, используются в качестве переносчика сообщения .

С этой целью один или несколько параметров высокочастотного, несущего колебания необходимо изменять по закону сигнала С (t ). Этот процесс осуществляется при помощи специальных устройств ‒ модуляторов . Итак, несущее высокочастотное колебание должно отражать свойства передаваемого сообщения и с помощью антенны преобразовываться в электромагнитные волны, распространяющиеся в окружающей среде.

Следовательно, в каждой радиопередатчике, независимо от вида передаваемых сообщений, обязательно должно осуществляться три физических процесса, составляющих основу его работы:

Создание (генерирование) колебаний несущей радиочастоты гармонического характера;

Управление (модуляция) несущими колебаниями для изменения их параметров по закону первичного электрического сигнала С(t ) ;

Усиление полученные в процессе модуляции высокочастотных колебаний и преобразование их в электромагнитные волны (радиоволны).

Реальная структура схемы передатчика определяется его целевым назначением и предъявленными к нему требованиями. Последние формулируются на основании требований к радиостанции в целом. Обобщённая структурная схема передатчика включает следующие основные элементы (рис. 1).

Рис. 1 Обобщенная структурная схема передатчика

Возбудитель является источником несущих колебаний. В нём же осуществляется процесс модуляции, т.е. формируются все виды сигналов кроме импульсных и амплитудно-модулированных.

Импульсные и амплитудно-модулированные сигналы обычно формируются в выходных каскадах. В современных военных передатчиках амплитудно-модулированные сигналы вообще не формируются, вместо ниx формируются однополосные сигналы с неподавленной несущей.

С целью частичной компенсации остаточного затухания на трассе радиосвязи колебания возбудителя обычно усиливаются до получения требуемой мощности, подводимой к передающей антенне. Эта функция передатчика реализуется в тракте усиления . В этом тракте особое внимание уделяется последнему каскаду, который обеспечивает заданную величину выходной мощности передатчики. Все каскады, включённые между возбудителем и выходным каскадом, называются каскадами предварительного усиления.

Наилучшие условия для передачи выходной мощности от оконечного каскада в антенну создаются благодаря включению в схему так называемого устройства согласования (согласующего антенного устройства). Необходимость этого устройства диктуется недостаточной приспособленностью электрических параметров антенны, главным образом — её входного сопротивления, к электрической схеме выходного каскада.

Заданная мощность радиосигналов в передатчиках обеспечивается за счёт энергии источников электропитания, первичного и вторичного.

В зависимости от целевого предназначения все радиопередающие устройства классифицируются на вещательные, связные, радиолокационные и др. Классификация связных передатчиков приведена на рис.2. Приведенная классификация ‒ не исчерпывающая, поскольку не охватывает все отличительные признаки передатчиков (радиостанций).

Рис. 2 Классификация связных передатчиков

Требования, предъявляемые к радиопередатчикам

Для успешной разработки любого радиопередающего устройства необходимо правильно обосновать и строго сформулировать технические требования к нему. Если требования сформулированы неполно, то разработанное устройство не будет исчерпывающе отвечать своему предназначению. И наоборот, излишне жёсткие требования приводят к нежелательным дополнительный затруднениям при разработке, удлиняют сроки разработки, делают устройство трудоёмким в производстве и регулировке, менее надёжным в эксплуатации и т.д.

Все предъявляемые требования можно разделить на две группы: требования к электрическим характеристикам и требования общего характера.

Рассмотрим вначале некоторые требования к электрическим характеристикам.

1. Мощность

Наиболее важным параметром передатчика, определяющим дальность действия и надёжность радиосвязи, является выходная мощность передатчика. Именно поэтому названная характеристика включается в характеристику радиостанции в целом. Необходимая величина мощности передатчика определяется из энергетического расчёта линии радиосвязи с учётом её затухания, чувствительности радиоприёмника, класса излучений и условий приёма, в частности, помеховой обстановки, возможностей применения тех или иных антенн и направленных свойств применяемых антенн.

В отдельных случаях под мощностью передатчика понимается наибольшая колебательная мощность, получаемая от лампы (транзистора) выходного каскада. В последнем случае эта мощность может не совпадать с подводимой к антенне мощностью, например, из-за потерь в согласующем устройстве.

По величине мощности передатчики классифицируются согласно табл. 1.

Таблица 1

Классификация	Мощности передатчиков
	связных, мобильных	вещательных, стационарных
Малой 1 группамощности	Р ≤ 1Вт
	1 Вт < Р≤ 10 Вт
	10 Вт<Р≤100 Вт
Средней мощности	100 Вт<Р≤ 1 кВт	100 Вт < Р ≤ 10 кВт
Мощные	–	10 кВт < Р ≤ 1000 кВт
Большой мощности	Р >1 кВт	–
Сверхмощные	–	Р > 1000 кВт

2. Диапазон рабочих частот

Диапазон рабочих частот f мин. — f макс. , выделяемых для передатчика, определяется условиями организации радиосвязи, её дальностью, реальной занятостью некоторых участков радиочастотного спектра специальными службами (вещанием, телевидением, радионавигацией и пр.), эффективностью антенных устройств и их габаритами, шириной полосы частот радиосигнала, требуемым количеством рабочих частот и т.д.

Требование перекрытия широкого диапазона частот существенно усложняет конструкцию передатчика. Несмотря на это в последние годы наметилась тенденция построения широкодиапазонных радиопередатчиков декаметрового и метрового диапазонов с коэффициентом перекрытия по частоте:

Значение этого коэффициента должно быть до 20 и более.

Величина К f в зависимости от целевого предназначения передатчика может быть и небольшой, порядка 1,1-2, например, для радиорелейных, тропосферных и спутниковых передатчиков, портативных радиостанций. Возможны передатчики всего на несколько частот. Весь интервал f мин. — f макс может перекрываться плавно, при этом передатчик может быть настроен на любую (даже пробную) частоту или дискретно с шагом дискретности Δf с. В последнем случае частоты фиксированы. Количество фиксированных частот определяется выражением:

Величина Δf с может быть 10, 5, 2, I, иногда 0,1 и даже 0,01 кГц в декаметровом диапазоне частот. В метровом диапазоне возможный набор величин Δf с состоит из 200, 100, 75, 50, 25, 1 кГц. В дециметровом и сантиметровом диапазонах величина Δf с может достигать единиц мегагерц.

3. Стабильность частоты

Хотя в настоящее время точное число работающих на земном шаре передатчиков (включая военные) неизвестно, ориентировочное количество их исчисляется миллионами. В связи с ограниченностью радиочастотных диапазонов каждая радиостанция должна излучать спектр минимально необходимой ширины, определяемой характером передаваемого сообщения. Кроме того, для уменьшения взаимных помех следует поддерживать выделенную рабочую частоту излучаемых колебаний с высокой степенью точности и постоянством.

Нестабильность частоты выходных колебаний передатчика полностью определяется нестабильностью частоты возбудителя.

Высокая стабильность частоты излучаемых колебаний диктуется также требованиями беспоискового вхождения в связь и бесподстроечного ведения связи. Наиболее жёсткие требования по стабильности частоты предъявляются к однополосным передатчикам и передатчикам с возможностью многоканальной работы. Наиболее сложно решаются задачи стабилизации частоты в передатчиках с большой величиной K f . и на высоких частотах.

Отклонение частоты колебаний на выходе радиопередатчика f H за определённый промежуток времени относительно установленной частоты (номинального значения f ном. ) называется абсолютной нестабильностью частоты радиопередатчика:

Δf =f н –f ном.

Поскольку радиостанции работают на самых различных частотах, то требования к стабильности частоты выражают в относительных единицах:

Эту величину называют относительной нестабильностью частоты.

Реализация требований по стабильности частоты усложняется по мере того, как эти требования становятся все более строгими. В связи с этим они представляют собой компромисс между желаемым и реализуемым на данном этапе развития техники или экономически оправданным. Эти требования всегда конкретизируются применительно к определённым категориям радиостанций. Они всегда более жёсткие для казенных стационарных устройств и ослабляются при переходе к массовой аппаратуре, к подвижным радиостанциям, работающим в тяжёлых условиях эксплуатации.

Высокие требования, предъявляемый к стабильности частоты передатчиков, определяются необходимостью обеспечения беспоисковой и бесподстроечной связи. При этом упрощаются действия оператора по управлению радиостанцией, а весь спектр полезного излучаемого колебания должен полностью попасть в полосу пропускания основной избирательности приёмника корреспондента.

Рис. 3 Обеспечение необходимой полосы пропускания приемника

В свою очередь необходимую полосу пропускания приемника корреспондента стремятся сделать как можно уже с целью уменьшения уровня шумов и помех при радиоприёме. Минимальная ширина полосы пропускания приёмника не может быть меньше величины:

ΔF сигн. +Δf п ep . ,

где ΔF сигн. ‒ занимаемая радиосигналом полоса частот;

Δf п ep . ‒ максимально возможное отклонение частоты радиопередатчика, связанное с её неточностью.

Полосу ΔF сигн. можно считать полезно используемой полосой, внутри которой содержится основная часть мощности передатчика (часто 98…99%). Величина Δf п ep . (рис.2.3) представляет собой бесполезное расширение полосы частот приемника, за счёт которой возрастает уровень, помех. Следовательно, уменьшение Δf п ep . эквивалентно выигрышу по мощности передатчика. Этот выигрыш тем больше, чем ярче выражено неравенство ΔF сигн. >>Δf п ep . Это условие показывает, что требования к стабильности частоты повышаются при применении узкополосных видов радиосигналов, когда ΔF сигн. ‒ мала, и понижаются при использовании широкополосных видов передачи.

Кроме этого, повышенные требования к стабильности частоты иногда связывают с другими факторами, например, искажениями принятой информации за счёт асинхронизма несущего колебания при однополосной радиопередаче.

Поэтому главнейшим требованием к задающему генератору (возбудителю) является высокая точность и постоянство частоты генерируемых колебаний.

4. Коэффициент полезного действия (КПД)

КПД передатчика определяется как отношение выходной мощности передатчика Р А ко всей потребляемой передатчиком мощности Р потр. :

Этa величина, в зависимости от мощности передатчика и его сложности (а также элементной базы), может изменяться от единиц процентов до нескольких десятков процентов. Так, для 200-ваттных передатчиков η =20-30%, для 30-50-киловаттных передатчиков декаметрового диапазона η =40-50%.

На рис.4 показано примерное распределение всей потребляемой мощности Р потр

Рис.4 Примерное распределение всей потребляемой мощности Р потр

Величины Р А и η заметно влияют на мощность (или емкость) первичных источников электропитания. В этом отношении особенно актуально повышение КПД передатчиков портативных и носимых радиостанций, поскольку энергоёмкость источников питания жёстко ограничена массой и габаритами радиостанций. Повышение КПД важно в любом передатчике еще потому, что при заданной потребляемой мощности уменьшаются потери внутри передатчика в виде тепла. В связи этим облегчается тепловой режим (что особенно важно для транзисторных передатчиков), упрощается система охлаждения, что позволяет уменьшить габариты и массу передатчика и благоприятно сказывается на улучшении эксплуатационных характеристик.

5. Неосновные излучения

При ведении радиосвязи на выходе радиопередающего устройства должны иметь место только основные излучения , т.е. излучения в необходимой полосе частот.

Необходимая полоса частот ‒ это минимальная полоса частот сигнала, достаточная при данном классе излучения для передачи сообщения в системе с требуемой скоростью и качеством.

К сожалению, в силу несовершенства радиопередатчика, последний является источником неосновные излучений , спектр которых находится за пределами необходимой полосы частот. Следовательно, на частотах этих излучений передатчик будет выступать источником помех. В условиях прогрессирующего роста количества одновременно работающих радиоэлектронных средств различного назначения вполне естественной выглядит потребность борьбы с неосновными излучениями, в частности, путём нормирования уровня этих излучений.

Все неосновные излучения условно разделяются на побочные и внеполосные (рис.5).

Внеполосные излучения передатчика ‒ это класс неосновных излучений в полосах частот, примыкающих к необходимой полосе излучения, возникающих в процессе модуляции шумами или первичным сигналом.

Рис.5 Неосновные излучения

Побочные излучения обусловлены нелинейными процессами, возникающими при протекании высокочастотных токов через нелинейные элементы электрической схемы передатчика. Как правило, их возникновение не связано с процессом модуляции.

В силу специфики возникновения побочных излучений они разделяются на:

Излучения на гармониках (частотах, кратных частоте основного излучения);

Излучения на субгармониках (частотах, значения которых в целое число раз меньше частоты основного излучения), характерных для передатчиков, в которых частоты основного излучения получены путём умножения более низких частот;

-комбинационные излучения, характерные для передатчиков с
так называемой диапазонно-кварцевой стабилизацией частоты возбудителя;

-интермодуляционные излучения, возникающие в тех случаях, когда выходные колебания одного передатчика попадают (в силу наличия функциональной или конструктивной связи между одновременно работающими передатчиками) в выходной каскад другого, при этом на имеющихся в выходных каскадах нелинейных элементах создаются колебания с частотами, отличающимися от частот основных излучений работающих передатчиков.

6. Классы излучаемых сигналов

Применение того или иного класса излучения определяется помехозащищенностью системы радиосвязи с данным видом модуляции, а также целевым предназначением передатчика (радиостанции). В частности, проектируемая радиостанция должна обеспечивать возможность работы с радиостанциями предыдущих разработок.

Связные маломощные передатчики чаще всего работают одним, двумя, реже – тремя видами излучаемых сигналов. Радиопередатчики средней и большой мощности, как правило, универсальны по видам излучений: они обладают большим набором как телефонных, так и телеграфных видов сигналов.

Каждому классу излучений присуща своя полоса радиочастот. Согласно рекомендациям МККР занимаемая ширина полосы излучений – это полоса частот, за нижним и верхним пределами которой средние излучаемые мощности составляет каждая по 0,5% всей средней мощности излучения данного передатчика.

МККР ‒ Международный Консультативный комитет по радиосвязи, один из постоянных органов Международного союза электросвязи (МСЭ), специализированного агентства ООН

Если основное излучение в пределах необходимой полосы частот содержит 99%, а внеполосные излучения – 1% всей средней мощности излучения передатчика, то ширина полосы излучения считается равной необходимой полосе частот. В этом случае речь идёт о совершенном излучении (рис.6,а). Чаще имеет место превышение ширины излучения над необходимей полосой (рис.6,б), т.е. передатчик имеет несовершенное излучение. Иногда за счёт снижения качества передаваемого сигнала удаётся реализовать излучение более узкое, чем совершенное (рис.6,в).

Рис.6 Занимаемая ширина полосы излучений

С целью лучшего использования спектра радиочастот и уменьшения внеполосных излучений MKКР рекомендует применять узкополосные сигналы, обеспечивающие минимально необходимую полосу излучений, в частности, максимально использовать однополосные сигналы и обеспечивать скругление фронтов телеграфных сигналов при телеграфной радиосвязи.

7. Требования общего характера

Обычно разработчику предоставляется свобода выбора конструкции передатчика. Оговариваются в технических условиях лишь условия размещения передатчика, в частности, вид транспортной базы (или стационарные условия), масса и габариты, климатические условия.

Вопрос о массе и габаритах особенно серьёзен при проектировании носимых радиопередатчиков и передатчиков, устанавливаемых на летательных аппаратах (самолётах, космических кораблях), бронеобъектах и т.п. В этих случаях обычно используются более простые схемные решения, применяются специальные материалы и конструкции, продумывается компактность монтажа с одновременным применением, в случае необходимости, мер принудительного охлаждения. Всё это должно делаться не за счёт понижения надёжности.

Требование надежности ‒ одно из важнейших всегда, а для мобильных передатчиков ‒ особенно. Его выполнение достигается, в частности:

Электрической и механической прочностью компонентов и всей конструкции;

Применением высококачественных материалов;

Недопустимостью тяжёлых режимов (недостаточный отвод тепла, работа электронных приборов с токами и напряжениями вблизи предельных величин и т.д.);

Упрощением схемы к конструкции.

Для подвижных и переносных передатчиков важное практическое значение имеет выполнение климатических и механических требований. Так, эти передатчики должны сохранять свою работоспособность в интервале температур от ‒40 до +50°С при относительной влажности до 98% и снижении атмосферного давления до 350 мм рт. ст. Независимость от климатических условий достигается герметизацией деталей, применением влагонепроницаемых уплотнений, материалов с малыми температурными коэффициентами, а также термокомпенсации. Для этих передатчиков чрезвычайно суровыми являются механические требования, удовлетворение которых обеспечивает надёжную работу в условиях вибраций и тряски.

Для стационарных передатчиков упомянутые требования обычно значительно ослаблены.

В показатель надёжности входит и ремонтопригодность, В случае необходимости должна быть предусмотрена система резервирования.

В связи с усложнением аппаратуры более строгими становятся эргономические требования к передатчикам. К ним, в частности, относятся:

Количество органов управления, необходимых оператору для выполнения перечисленных операций;

Наличие и простота встроенной системы контроля работоспособности (исправности);

Время готовности к работе после включения питания;

Время перехода (перестройки) с одной частоты на другую;

Время перехода с телефонной работы на телеграфную (и наоборот) и т.д.

Так, длительная перестройка недопустима для передатчиков, в которых по условиям эксплуатации приходится часто сменять рабочие частоты, например, в случае работы в так называемых адаптивных системах радиосвязи.

Адаптивная система автоматически приспосабливается к изменяющимся условиям связи, например, быстро переходит на новую рабочую частоту при поражении предыдущей частоты помехой (адаптация по частоте).

Перечисленные требования в значительной мере удовлетворяются применением систем автоматики. В связи с этим усложняется схема и более актуальным становится показатель надежности передатчика.

С эргономическими требованиями тесно связаны требования обеспечения безопасности обслуживающего персонала, операторов. Чем мощнее передатчик, тем более высокие градации питающих напряжений в нём используются. Они достигают нескольких десятков киловольт и представляют серьезную опасность для человека. Поэтому все детали и провода передатчика располагаются внутри шкафов (блоков), металлические экраны (кожухи) которых должны иметь надежное заземление (в наземных передатчиках) или соединение с корпусом корабля и самолёта (в корабельных и самолётных передатчиках). В передатчиках с напряжениями выше 300 В технические условия требуют применения двух независимых друг от друга блокировок ‒ электрической и механической.

Так, при открывании двери (вынимании блоков) автоматически должны отключаться высокие напряжения; доступ к мощным выпрямителям воз ножен лишь после разряда фильтровых конденсаторов на корпус и т.п. Во многих случаях применяется дополнительная сигнализация, специальные надписи и пр. Чем мощнее передатчик, тем разветвленнее его система управления, блокировки и сигнализации (УБС).

Содержание:

Введение

1. Радиопередатчики на основе цифровых контроллеров информационного тракта

2. Радиопередатчики с прямым цифровым формированием высокочастотных сигналов

Заключение

Список литературы

Введение

Радиопередающие устройства (РПдУ) применяются в сферах телекоммуникации, телевизионного и радиовещания, радиолокации, радионавигации. Стремительное развитие микроэлектроники, аналоговой и цифровой микросхемотехники, микропроцессорной и компьютерной техники оказывает существенное влияние на развитие радиопередающей техники как с точки зрения резкого увеличения функциональных возможностей, так и с точки зрения улучшения ее эксплуатационных показателей. Это достигается за счет использования новых принципов построения структурных схем передатчиков и схемотехнической реализации отдельных их узлов, реализующих цифровые способы формирования, обработки и преобразования колебаний и сигналов, имеющих различные частоты и уровни мощности.

В области телекоммуникаций и вещания можно выделить следующие основные непрерывно возрастающие требования к системам передачи информации, элементами которых являются РПдУ:

Обеспечение помехоустойчивости в перегруженном радиоэфире;

Повышение пропускной способности каналов;

Экономичность использования частотного ресурса при многоканальной связи;

Улучшение качества сигналов и электромагнитной совместимости.

Стремление удовлетворить этим требованиям приводит к появлению новых стандартов связи и вещания. Среди уже известных GSM, DECT, SmarTrunk II, TETRA, DRM и др.

1. Радиопередатчики на основе цифровых контроллеров информационного тракта

В настоящем разделе речь пойдет о радиопередатчиках, у которых низкочастотные модулирующие и управляющие сигналы вырабатываются специализированными цифровыми сигнальными процессорами, а сама модуляция осуществляется в аналоговых каскадах, работающих на высоких рабочих или промежуточных частотах. Цифровые сигнальные процессоры такого типа называются контроллерами информационного тракта (Baseband controller). Они являются специализированными ИМС, выполняющими в передатчиках и приемопередатчиках (трансиверах) целый ряд функций, основными из которых являются следующие.

1. Преобразование поступающей в передатчик аналоговой (речевой) информации в цифровую форму встроенным АЦП и дальнейшая ее обработка перед подачей на модулятор - фильтрация, кодирование, накопление и сжатие, объединение в пакеты (Burst encoding). Формирование пакетов осуществляется с добавлением идентификационной информации, управляющих данных, синхронизирующих последовательностей, данных для проверки правильности принятого пакета и пр. Все необходимые для этого данные хранятся в ПЗУ контроллера или получаются контроллером из принимаемого от других станций сигналов. Например, «личный» аутентификационный код передатчика хранится в ПЗУ, а в эфир передается другой код, вычисленный контроллером по встроенному алгоритму с использованием «личного» кода и принятого от базовой станции кодового запроса (случайного числа).

2. Формирование цифрового модулирующего сигнала и преобразование его в аналоговую форму с помощью встроенного ЦАП для подачи на модулятор.

3. Управление каскадами передатчика - режимами по постоянному току, коэффициентами передачи (в системах автоматической регулировки мощности сигнала и защиты транзисторов выходных каскадов), подключением резервных блоков. Для этого контроллер содержит встроенные ЦАП и АЦП и средства обмена данными с внешними ЦАП и АЦП. Управление выходной мощностью передатчика необходимо для поддержания ее неизменной величины в случае работы с сигналами с постоянной огибающей, а также для формирования огибающей РЧ импульсов в соответствии с определенной временной маской при работе в пакетном режиме.

4. Переключение прием-передача.

5. Управление синтезатором частоты - сменой рабочей частоты, ее подстройкой, синхронизацией для работы в системе с другими станциями.

6. Осуществление пользовательского интерфейса - обмен данными с дисплеем, индикаторами, клавиатурой, внешним управляющим компьютером, а также с периферийными устройствами, имеющими цифровое управление. Сопряжение с телефонной сетью общего пользования или сетью ISDN.

7. Временная синхронизация для работы в системе передачи информации с множественным доступом в качестве абонентской или базовой станции. Межсистемная синхронизация. В частности, если в качестве примера цифрового передатчика рассматривать передатчик абонентской части системы DECT, его работа подчиняется трем типам синхронизации TDMA - слотовой синхронизации (с длительностью слота 416,7 мкс, за которые передается 480 бит), кадровой синхронизации (1 кадр равен 24 слотам) и мультикадровой (160 мс) синхронизации.

Наиболее обобщенная структурная схема приемопередатчика (трансивера) с контроллером информационного тракта приведена на рис. 1.1. Она включает функции, перечисленные выше. Варианты внутренней структуры контроллера информационного тракта приведен на рис. 1.2. Это упрощенная структура ИМС PCD87550 фирмы Филлипс, которая является контроллером информационного тракта цифровых радиопередатчиков системы беспроводной передачи данных «Bluetooth» (рис. 1.2.а) и структурная схема baseband-контроллера AD6526, предназначенного для построения трансиверов стандартов GSM/GPRS (рис. 1.2б). Вычислительным ядром этих контроллеров является специализированный процессор ARM TDMI, управляющий контроллером связи, который, в свою очередь, через радиоинтерфейс управляет работой трансивера, получает и передает через него данные. Под радиоинтерфейсом здесь имеется в виду схема сопряжения цифрового контроллера связи с аналоговой частью трансивера.

Остальные блоки, показанные на рис. 1.2а, особых пояснений не требуют: это кодек речи, ЦАП для управления режимами каскадов трансивера, внутренний тактовый генератор, память, интервальный таймер, а также богатый выбор интерфейсов для связи с периферийными устройствами (например, дисплеем, клавиатурой) и внешним управляющим компьютером.

Контроллер AD6526 является более специализированным, поэтому в него введены такие блоки, как интерфейс SIM-карты, интерфейсы дисплея, клавиатуры и подсветки, часы реального времени и др. Его блоки можно разделить на три основные группы: подсистема управляющего микропроцессора (MCU), подсистема сигнального процессора (DSP), подсистема периферии.

Для получения модулированных сигналов с рабочей частотой в радиопередатчиках с контроллерами информационного тракта используют несколько типов структурных схем радиочастотных трактов. Приведем здесь самые распространенные из них.

1. Передатчики с прямой модуляцией и прямой квадратурной модуляцией характеризуются тем, что генератор, управляемый напряжением (ГУН) вырабатывает колебания с рабочей частотой передатчика (например, для системы DECT около1900 МГц, а для Bluetooth - 2.4 ГГц), а модуляция происходит путем воздействия на сам ГУН или его выходной сигнал. В передатчиках с прямой модуляцией (рис. 1.3а) реализуются виды модуляции с постоянной огибающей, например, частотная манипуляция (N-FSK), а в передатчиках с прямой квадратурной модуляцией (рис. 1.3б) возможно формирование любых узкополосных амплитудно-фазовых видов модуляции, например многопозиционной квадратурной амплитудной модуляции (N-QAM). Интегральные квадратурные СВЧ-модуляторы были рассмотрены в предыдущем разделе.

Схемы с прямой модуляцией и прямой квадратурной модуляцией получаются предельно простыми, и это является их основным достоинством, но при повышенных требованиях к качеству (спектральной чистоте) сигнала передатчика или его экономичности могут оказаться существенными следующие их недостатки:

· затягивание (т.е. изменение) частоты ГУН при изменении параметров нагрузки, которой для него является усилитель мощности;

· смещение частоты ГУН за счет изменения его питающего напряжения, которое может претерпевать скачки в моменты включения усилителя мощности;

· значительное потребление энергии квадратурным модулятором СВЧ диапазона.

Большинство из этих недостатков обусловлено тем, что ГУН и усилитель мощности работают на одной и той же, достаточно высокой частоте. Стремление устранить эти недостатки привело к разработке других видов модуляции.

Упрощенная структурная схема радиопередатчика состоит из преобразователя частоты, полосового фильтра и выходного усилителя (рисунок 3.3).

Рисунок 3.3 Упрощенная структурная схема радиопередатчика

На вход радиопередающего устройства поступает модулированный сигнал. В современных системах связи модуляция проводится на стандартной промежуточной частоте. К примеру, в системах связи, работающих в диапазонах СВЧ, промежуточная частота может быть 70, 140 или 820 МГц (существуют и другие стандарты). Задачей радиопередающего устройства, в таких случаях, является преобразование сигнала промежуточной частоты в рабочий диапазон частот и доведение мощности сигнала до необходимого уровня.

Преобразователь частоты состоит из смесителя и задающего генератора. Смеситель представляет собой нелинейный элемент, который смешивает частоты сигналов, поступающих на него и выдает на выходе две полосы частот - суммарные и разностные (в данном случае сумму и разность промежуточной частоты и частоты задающего генератора).

Полосовой фильтр выделяет одну из полос частот.

Для работы преобразователя частоты необходимы высокостабильные генераторы. Любой генератор состоит из усилителя и цепей обратной связи (рисунок 3.4).

При достаточном усилении сигнала (балансе амплитуд) и при правильной фазе сигнала, поступающего через цепь обратной связи (балансе фаз), в схеме возникают незатухающие колебания, форма которых определяется частотными характеристиками составляющих схемы. Если характеристики усилителя и цепи обратной связи формируются узкополосными элементами (контурами или резонаторами), то форма колебаний будет близка к синусоидальной. В случае применения широкополосных элементов - генерируются импульсные колебания.

Рисунок 3.4 Структурная схема генератора

В задающих генераторах передатчиков применяются синусоидальные генераторы, стабильность которых определяется стабильностью контуров или резонаторов. В генераторах передатчиков 5-9 диапазонов нашли широкое применение кварцевые резонаторы. На более высоких частотах используются кварцевые генераторы с умножением частоты, синтезаторы частоты и, в последние годы, - генераторы на диэлектрических резонаторах.

Усилители передатчиков (УВЧ) обеспечивают необходимую выходную мощность, которая сильно отличается в разных диапазонах. К примеру, в диапазонах длинных и средних волн мощность радиостанций может составлять сотни киловатт и, даже, мегаватты, в диапазонах СВЧ - единицы и доли ватт, а в оптических диапазонах - единицы милливатт. Соответственно, усилители строятся на мощных лампах, транзисторах, микросхемах. Появились твердотельные, микроскопические усилители для радиосистем, работающих на частотах в десятки ГГц.

Оптические передатчики работают на специальных светодиодах и лазерах.

АВТОГЕНЕРАТОРЫ

Автогенератором, или генератором с самовозбуждением, назы­вается устройство, преобразующее энергию источников питания в радиочастотные колебания без возбуждения извне.

Генератор с самовозбуждением представляет собой усилитель с резонансной нагрузкой, охваченный положительной обратной связью (рисунок 4.1а). В качестве активного элемента могут быть использованы как электронная лампа, так и транзистор. Такая схе­ма автогенератора получила название схемы с трансформаторной обратной связью. Первичные колебания в резонансном контуре LC возникают вследствие любых случайных изменений питающих напряжений (флуктуации), влияний внешних электромагнитных полей и т. п. Эти колебания через катушку L св -поступают на вход усилителя (сопротивление конденсатора С с пренебрежимо мало). Переменное напряжение положительной обратной связи u пос уп­равляет электронным потоком лампы.

Рисунок 4.1 Принципиальные схемы автогенераторов с трансформаторной обратной связью (а, б) и влияние начального смещения на самовозбуждение транзисторного автогенератора (б)

Первая гармоника анодно­го тока создает падение напряжения на контуре LC. Амплитуда свободных колебаний увеличивается. Они вновь трансформируются во входную цепь, вновь усиливаются и т. д. Нарастание ампли­туды колебаний продолжается до определенного предела, обусловленного параметрами автогенератора. В системе устанавли­вается динамическое равновесие между потерями радиочастотной, энергии в контуре и восполнением ее за счет источника питания Е а. Это так называемый установившийся (стационарный) режим автогенератора. Параметры цепочки сеточного автосмещения под­бираются таким образом, чтобы в момент включения напряжение смещения было бы минимальным. Тогда лампа работает в клас­се А и возможно усиление колебаний сколь угодно малой ампли­туды. По мере нарастания напряжения u пос увеличиваются сеточ­ный ток и отрицательный потенциал на сетке. В стационарном ре­жиме активный элемент работает в классах Вили С, что облег­чает тепловой режим автогенератора вследствие уменьшения по­терь на аноде (коллекторе). Это обстоятельство способствует повышению стабильности частоты генерируемых колебаний. По­следние через разделительный конденсатор С р поступают на сле­дующий каскад радиочастотного тракта - буферный усилитель. Аналогичным образом происходит самовозбуждение транзи­сторного варианта автогенератора (рисунок 4.1 6). Характеристики ба­зового и коллекторного токов полупроводникового триода имеют некоторый сдвиг вправо относительно начала координат (рисунок 4.1). Если ограничиться применением только автосмещения, то в на­чальный момент времени напряжение на базе будет равно нулю (u б =0) и первичные автоколебания не будут вызывать появление коллекторного тока. Самовозбуждение не наступит.

Поэтому в транзисторных автогенераторах используется комбинированное смещение, представляющее собою алгебраическую сумму двух на­пряжений; постоянного Е нач и автоматического, возникающего на резисторе R э , за счет протекания по нему постоянной составляю­щей тока эмиттера I э0:

Е см = –Е нач + I э0 R э

Тогда в момент включения питающих напряжений будет действо­вать Е нач , открывающее транзистор. По мере увеличения ампли­туды колебаний будет возрастать падение напряжения на R э.

Ре­зультирующий отрицательный потенциал на базе уменьшится, и активный элемент будет работать в классе С. Одновременно це­почка R э C э будет стабилизировать режим транзистора при изме­нении температуры окружающей среды.

Самовозбуждение в автогенераторах с обратной связью воз­можно только при выполнении следующих двух условий:

1) как и в любом усилителе на лампе или транзисторе переменные напря­жения на сетке (базе) и аноде (коллекторе) должны быть всегда противофазны; в рассматриваемой схеме с трансформаторной об­ратной связью это достигается правильным включением концов катушки L св ;

2) амплитуда напряжения обратной связи U пос дол­жна быть не менее некоторой минимальной величины.

Первое условие называется балансом фаз, а второе - балансом амплитуд.

Автогенератор, выполненный по схеме с трансформаторной связью, не нашел широкого распространения в радиопередающих устройствах из-за некоторой сложности его конструкции и гене­рации колебаний на относительно низких частотах. Предпочтительнее в этом отношении генераторы с самовозбуждением, пост­роенные на основе так называемых трехточечных схем.

На рисунке 4.2 а и б показаны два варианта таких автогенераторов на транзисторах - с индуктивной и емкостной обратной связью. В обоих случаях активный элемент тремя основными электродами (к, б и э) подключен к трем точкам колебательного контура. Отсюда и та­кое наименование - трехточечная схема.

В первой из них напря­жение положительной обратной связи u пос снимается с одной из катушек индуктивности контура (L бэ), а во второй - с конден­сатора С бэ . В остальном обе схемы полностью совпадают. Процесс самовозбуждения и работа в стационарном режиме аналогичны тем же явлениям в только что рассмотренном варианте с транс­форматорной связью.

Начальное смещение на базу (E нач) пода­ется не от отдельного источника, а снимается с резистора R 1 , через который протекает ток I 14. Питание коллекторной цепи осуществляется по параллельной схеме. Назначение остальных элемен­тов такое же, как и в схемах генераторов с внешним возбужде­нием и усилителей звуковых сигналов.

Для упрощения анализа работы этих двух автогенераторов целесообразно рассмотреть их эквивалентные схемы (рисунок 4.2 в и г ), в которых сохранены только цепи токов радиочастоты, причем принимаем во внимание, что сопротивления конденсаторов С р, С б и С э имеют пренебрежимо малую величину.

Несмотря на кажу­щиеся отличия между данными эквивалентными трехточечными схемами, молено выявить для них общие условия самовозбуждения и доказать, что работоспособными являются только эти два ва­рианта сочетаний реактивных элементов Х бк, Х эб и Х эк.

Рисунок 4.2 Принципиальные и эквивалентные схемы транзисторных автогенераторов с индуктивной обратной связью (а, в) и емкостной обратной связью (б, г)

Во-первых, обязательное условие наличия положительной об­ратной связи в автогенераторе требует, чтобы коэффициент обрат­ной связи β по с был бы также положительной величиной.

Следовательно, реактивные сопротивления Х эб и Х эк должны одновременно носить либо индуктивный, либо емкостный характер. Во-вторых, резонанс в колебательном контуре автогенератора возможен только при условии

Х бк + Х эб + Х эк = 0.

Таким образом, если Х эб и Х эк являются индуктивными сопротивлениями, то Х бк должно быть емкостным рисунок 4.2 в ) и наобо­рот (рисунок 4.2 г ). Любое другое сочетание реактивных сопротивле­ний приведет к нарушению вышеуказанных условий самовозбуж­дения.

Практика показывает, что такой подход является весьма плодотворным при анализе сколь угодно сложных принципиаль­ных схем автогенераторов с обратной связью.

Все вышесказанное относится также и к ламповым автогене­раторам при условии соответствующего замещения коллектора, базы и эмиттера транзистора анодом, сеткой и катодом электро­вакуумного триода.

Автогенераторы, схемы которых изображены на рисунке 4.2, явля­ются одноконтурными. Они относительно просты в изготовлении и настройке.

К их существенному недостатку следует отнести невы­сокую стабильность частоты генерируемых колебаний, поскольку единственный резонансный контур, параметрами которого опреде­ляется эта частота, подвержен влиянию последующих каскадов радиочастотного тракта - изменяются вносимые сопротивления, добротность контура и т. д.

Указанный недостаток удалось значи­тельно ослабить в так называемых двухконтурных автогенерато­рах. Один из контуров, защищенный от внешних воздействий, практически целиком определяет частоту генерации, а второй, слабо связанный с первым, выполняет роль внешней нагрузки.

Рассмотренные выше схемы автогенераторов используются в диапазонах километровых и декаметровых волн. На более высо­ких частотах их применение оказывается невозможным с конст­руктивной точки зрения, так как междуэлектродные емкости элек­тронной лампы и распределенные индуктивности ее вводов стано­вятся неотъемлемыми составными частями резонансных систем генераторов с самовозбуждением.

Поэтому здесь используются ав­тогенераторы, построенные на основе так называемых сложных трехточечных схем. Они также относятся к классу двухконтурных автогенераторов, но связь между резонансными системами осуще­ствляется не через общий электронный поток, а через одну из междуэлектродных емкостей триода.

Каждый из двух контуров оказывается расстроенным по отношению к частоте генерации и его сопротивление носит реактивный характер, что позволяет про­водить анализ работы таких автогенераторов на основе уже хо­рошо известных трехточечных схем.

Рассмотрим вопросы, связанные со стабильностью частоты автогенератора. Жесткие требования, предъявляемые к радиопере­дающим устройствам в отношении постоянства частоты излучае­мых колебаний, требуют детального анализа даже незначитель­ных, на первый взгляд, причин, влияющих на этот параметр.

От­носительная нестабильность частоты всего радиопередающего устройства определяется только автогенератором и, прежде всего, параметрами его резонансной системы. Из теории радиотехниче­ских цепей известно, что точное значение частоты свободных ко­лебаний в резонансном контуре может быть определено при по­мощи следующей формулы:

В подавляющем большинстве случаев при исследовании физиче­ских процессов в колебательном контуре и устройствах, в состав которых он входит, с целью упрощения полагают, что его сопро­тивление потерь r = 0 и пользуются упрощенной формулой

В вопросах, связанных с нестабильностью частоты, такое упрощение неприемлемо, так как влияние потерь соизмеримо с воз­действием на величину ω 0 других дестабилизирующих факторов. Таким образом, в соответствии с формулой (4.1) частота генерируе­мых колебаний зависит не только от величин индуктивности L и емкости С колебательного контура, но и от сопротивления потерь, как собственных, так и вносимых в контур.

Выясним взаимосвязь между этими тремя параметрами и дестабилизирующими факторами. Вследствие механических воздей­ствий (вибраций, рассыхания каркасов и т. п.) меняются геомет­рические размеры катушек и конденсаторов колебательных кон­туров автогенераторов.

В прямой зависимости от этих размеров находятся величины их индуктивностей и емкостей. В итоге про­исходит отклонение частоты генерации от заданного значения. Изменение температуры окружающей среды также отражается на изменении размеров спиралей катушек, пластин конденсаторов и диэлектриков.

Например, в течение нескольких минут после вклю­чения питающих напряжений происходит разогрев внутренних де­талей автогенератора. Увеличиваются диаметр и длина спирали катушки, возрастает площадь пластин конденсатора, изменяются диэлектрические проницаемости изоляционных материалов. Большинство этих факторов вызывает увеличение индуктивности L и емкости С колебательного контура. В итоге по мере разогрева ав­тогенератора происходит постепенное уменьшение частоты коле­баний. Это явление наблюдается в течение 20-30 мин и носит название «выбега частоты».

На нестабильность частоты влияют также изменения питаю­щих напряжений. Они воздействуют в основном на перераспреде­ление объемных зарядов в междуэлектродных промежутках лам­пы. С ними связаны величины междуэлектродных емкостей, входящих в колебательную систему автогенератора.

Влияние последующих каскадов радиочастотного тракта зак­лючается в изменениях активных и реактивных составляющих со­противлений, вносимых в контур автогенератора. В соответствии, с выражением (4.1) это отражается на величине частоты резо­нансной системы.

От влажности и давления окружающего пространства зависят величины проницаемости диэлектриков и их проводимость. Изме­нение атмосферных условий также приводит к уходу частоты.

Многообразие дестабилизирующих факторов и сложный меха­низм воздействия на частоту генерации требуют применения це­лого комплекса мер, направленных на их ослабление. Сюда отно­сятся амортизация блока автогенератора, повышение жесткости его конструкции и т.п.

Воздействие на частоту автогенератора температурных изменений может быть ослаблено за счет исполь­зования термостата - устройства, внутри которого автоматически поддерживается постоянная температура. Герметизация термоста­та позволяет избежать влияния на частоту изменений влажности и давления.

Для борьбы с температурным фактором используются специальные конденсаторы, емкость которых не увеличивается, а уменьшается при нагревании, компенсируя тем самым увеличение индуктивности контура. Каркасы катушек изготовляются из высококачественного радиофарфора. Спирали наносятся либо мето­дом вжигания серебряной проволоки, либо намоткой предвари­тельно разогретого медного провода.

Автогенератор, как прави­ло, имеет отдельный источник питания, напряжение которого в ряде случаев стабилизируется. Ослабление влияния на частоту автогенератора последующих каскадов радиочастотного тракта достигается включением буферного каскада, который работает без сеточных токов и вследствие этого имеет неизменное входное со­противление.

Автогенератор тщательно экранируется от влияния внешних электромагнитных полей. Применение умножителей ча­стоты также способствует ослаблению влияния более мощных каскадов на возбудитель.

Исследования показывают, что стабильность частоты автогене­ратора во многом определяется добротностью его резонансной си­стемы Q. Чем больше ее величина, тем выше стабильность. Обыч­ный колебательный контур с сосредоточенными параметрами имеет в наилучшем случае добротность 250-300 единиц, а с учетом вносимых сопротивлений - и того меньше.

Поэтому автогенератор с таким контуром обладает довольно низкой относительной нестабильностью - порядка 10 -3 -10 -4 . Гораздо большая вели­чина добротности у так называемых кварцевых резонаторов - до нескольких миллионов единиц. Параметры кварца также мало подвержены влиянию внешних факторов. Конструктивно такой резонатор выполняется в виде пластины, вырезаемой из кристал­ла природного или синтетического кварца.

На ее поверхности с двух сторон наносятся тонкие серебряные покрытия, используемые в качестве электродов. Пластина помещается в металлический, пластмассовый или стеклянный баллон, внутри которого обычно создается вакуум. Тем самым достигается изоляция пластины от атмосферных воздействий, механических повреждений и загряз­нения ее поверхности. Кроме того, устраняется трение вибрирую­щей пластины о воздух, что позволяет сохранить высокую доброт­ность резонатора. Посредством специальных кварцедержателей, имеющих наружные выводы, резонатор подключается к радиотехнической схеме.

Как всякое упругое механическое тело, кварцевая пластина способна совершать колебания в каждом из трех измерений (по длине, ширине и толщине). Частоты этих колебаний строго зави­сят от геометрических размеров пластины. На практике в автоге­нераторах чаще всего используются колебания по ее толщине. В этом случае их частота может быть определена при помощи следующей приближенной формулы:

где f 0 - собственная частота колебаний, МГц; d - толщина плас­тины, мм.

Повышение резонансной частоты f 0 связано с необходимостью уменьшения этого размера, что неизбежно влечет за собою снижение механической прочности пластины. Во избежание ее раз­рушения она должна быть не тоньше 0,3 мм, что соответствует резонансной частоте 10 МГц. Этим обстоятельством частично объясняется необходимость применения умножителей в радиоча­стотных трактах передатчиков декаметровых волн.

Использование кварца в радиотехнических устройствах воз­можно благодаря наличию у него пьезоэлектрического эффекта: любая механическая деформация пластины вызывает появления электрических зарядов на ее противоположных гранях и наобо­рот. Резонансные свойства кварцевой пластины и явление обра­тимого пьезоэффекта дают возможность представить ее в виде некоторой эквивалентной электрической схемы, показанной на рисунке 4.3 а.

Рисунок 4.3 Эквивалентная схема (а) и частотная характеристика (б) квар­цевого резонатора

В ней собственно пластина заменена последовательным резонансным контуром с эквивалентными электрическими пара­метрами L кв , С кв и r кв. Параллельно ему подключена емкость кварцедержателя и монтажа С 0 .

На рисунке 4.3 б показан характер изменения реактивного сопро­тивления такого контура в зависимости от частоты вынужденных колебаний ω. При малых значениях ω сопротивлением емкости С 0 можно пренебречь, так как оно велико и подключено параллель­но цепи L кв , С кв и r кв. Сопротивление последней в интервале ча­стот 0-ω пос носит емкостный характер.

На частоте ω пос возник­нет резонанс напряжений в последовательном контуре. При даль­нейшем увеличении ω эквивалентное сопротивление последователь­ной ветви будет иметь индуктивный характер и возрастать по величине.

Кварцевый резонатор используется в автогенераторах двояко: либо как некоторая высокоэталонная эквивалентная индуктив­ность в интервале частот ω пос -ω пар , либо как узкополосный фильтр на частоте ω пос , включаемый в цепь обратной связи.

Генератор с внешним возбуждением (ГВВ)

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

В цифровых системах сигналы передаются в виде различных комбинаций импульсов постоянной амплитуды, отображающих числовое значение сигнала в каждый данный момент времени (кодовыми группами).

Чтобы каждое значение сигнала можно было преобразовать в соответствующую кодовую группу, количество таких значений должно быть ограничено. Поэтому в кодовые группы можно преобразовывать только дискретные во времени сигналы. Для возможности передачи непрерывных по времени сигналов в цифровой форме, т.е. в виде кодовых групп, их необходимо предварительно преобразовать в дискретные.

Передавать дискретизированный сигнал по линии нецелесообразно, т.к. он очень чувствителен к влиянию помех. Поэтому в цифровых системах передачи его преобразуют в цифровую форму. С этой целью сигнал подвергают процессам квантования и кодирования. Далее происходит преобразование цифровых символов в сигналы - модуляция.

В данной курсовой работе необходимо разработать структурную схему системы и функциональную схему приемного или передающего устройства. Определить скорость передачи информации, вид модуляции, тип избыточного кода с использованием заданного варианта и разработать схемные решения устройств, реализующие выбранные параметры.

1. Анализ существующих методов передачи информации в ИТС

1.1 Анализ сообщений различной физической природы

Информационная наука находит применение в самых разнообразных областях. В связи с этим нет всеобщего для всех наук классического определения понятия “информация”. Под информацией понимают не все получаемые сведения, а только те, которые еще не известны и являются новыми для получателя. В этом случае информация является мерой устранения неопределенности. Передача информации на расстояние осуществляется при помощи сообщения.

Сообщение - информация, выраженная в определенной форме и предназначенная для передачи ее от источника к получателю с помощью сигналов различной физической природы. Сообщением могут быть телеграмма, фототелеграмма, речь, телевизионное изображение, данные на выходе ЭВМ и т.д., передаваемые по различным каналам связи, а также сигналы различной физической природы, исходящие от объектов.

Сигнал передаёт сообщение во времени. Следовательно, он всегда является функцией времени, даже если сообщение (например, неподвижное изображение) таковым не является. Если сигнал представляет собой функцию х(t), принимающую только определенные дискретные значения х, то его называют дискретным или дискретным по уровню (амплитуде). Точно так же и сообщение, принимающее только некоторые определенные уровни, называют дискретным. Если же сигнал (или сообщение) может принимать любые уровни в некотором интервале, то они называются непрерывными или аналоговыми.

В настоящее время происходит непрерывное расширение областей применения систем передачи цифровой информации и все большее число различных видов аналоговой информации стремятся передавать в цифровой форме. Это относится к передаче телефонных сообщений, фотоизображений, данных телеметрии и т. п. Таким образом, дискретные сообщения могут быть как первичными, так и вторичными, полученными из непрерывных.

1.2 Передача непрерывных сообщений и виды модуляции

Для передачи информации на расстояние необходимо передать содержащее эту информацию сообщение. Системы передачи информации состоит из следующих основных элементов: источник, кодер, модулятор, канал, демодулятор, декодер и приемник.

Кодер осуществляет отображение генерируемого сообщения в дискретную последовательность. Модулятор и демодулятор в совокупности реализуют операции по преобразованию кодированного сообщения в сигнал и обратные преобразования.

Декодер отображает дискретную последовательность в копию исходного сообщения.

При радиопередаче низкочастотный информационный сигнал передается на несущей радиочастоте и должен ее изменять (модулировать). При модуляции могут изменяться амплитуда, частота или фаза несущей. Модуляцию применяют для того, чтобы:

передать информацию с минимумом искажений;

провести передачу и прием с минимальными потерями;

эффективно использовать частотный спектр.

Существует три основных вида аналоговой модуляции:

1. Амплитудная модуляция (АМ) - модуляция, при которой незатухающие колебания изменяются по амплитуде в соответствии с модулирующими его колебаниями более низкой частоты. AM является наиболее простым и распространенным способом изменения параметров носителя информации, частота и начальная фаза колебания поддерживаются неизменными. Вид амплитудной модуляции представлен на рисунке 1.

Рис. 1. Амплитудная модуляция

2. Частотная модуляция (ЧМ) - модуляция, при которой несущая частота сигнала изменяется в соответствии с модулирующим колебанием. Основными достоинствами частотной модуляции являются: высокая помехоустойчивость, возможность использования статистических свойств многоканального сообщения для повышения помехоустойчивости, возможность простыми средствами обеспечить постоянство остаточного затухания каналов связи. Частотная модуляция показана на рисунке 2.

Рис. 2. Частотная модуляция

3. Фазовая модуляция (ФМ) - изменение фазы несущей пропорционально мгновенным значениям модулирующего сигнала. При ФМ по закону модулирующего колебания uЩ(t) изменяется фаза колебаний:

Ф(t)= щ0t+kфм uЩ(t),

где kфм - коэффициент пропорциональности, численно равный крутизне характеристики фазового модулятора.

При ЧМ и ФМ в процессе модуляции осуществляется воздействие на фазу (фазовый угол) несущего колебания, т.е. эти два вида модуляции являются разновидностями, так называемой угловой модуляции.

1.3 Передача дискретных сообщений и виды манипуляции

Дискретное сообщение, формируемое источником, представляет собой последовательность знаков, выбираемых из определенного набора. Для преобразования последовательности знаков дискретного сообщения в первичный сигнал сначала производится их кодирование, т.е. каждый знак сообщения заменяется комбинацией из небольшого числа стандартных символов, а далее эти стандартные символы преобразуются в стандартные электрические сигналы ui (рис.3).

Знаки Т П С

Кодовые комбинации 00001 01101 10100

Рис. 3. Преобразование сообщений при кодировании

В результате кодирования каждый знак сообщения представляется в виде последовательности символов вторичного алфавита - кодовых комбинаций. Кодирование может производиться вручную или автоматически. Устройство, осуществляющее операцию кодирования автоматически, называется кодером.

Обратная операция, т.е. восстановление знаков сообщения из кодовых комбинаций, называется декодированием, а устройство, выполняющее эту операцию - декодером. Обычно кодер и декодер выполняют также операции преобразования символов в первичный сигнал и первичного сигнала в символы, их часто объединяют в единое устройство - кодек. Процесс преобразования дискретного сообщения в сигнал и обратного преобразования сигнала в сообщение показан на рисунке 4.

Дискретная модуляция является частным случаем модуляции гармонической несущей, когда модулирующий сигнал u(t) дискретный. Таким дискретным модулирующим сигналом обычно является первичный сигнал, отображающий символы кодовых комбинаций дискретных сообщений. Дискретную модуляцию называют еще манипуляцией.

Управляя с помощью первичного сигнала параметрами гармонической несущей, можно получить амплитудную, частотную и фазовую манипуляцию.

На рис. 5 приведены формы сигнала при двоичном коде для различных видов дискретной модуляции. При АМ символу 1 соответствует передача несущего колебания в течение времени T (посылка), символу 0 - отсутствие колебания (пауза). При ЧМ передача несущего колебания с частотой f1 соответствует символу 1, а передача колебания с частотой f0 соответствует 0. При двоичной ФМ меняется фаза несущей на р при каждом переходе от 1 к 0 и от 0 к 1.

Рис. 5. Формы сигналов при двоичном коде для различных видов дискретной модуляции

В системах передачи дискретных сообщений решающая схема состоит их двух частей: демодулятора и декодера.

1.4 Системы передачи информации цифровыми методами

Для преобразования непрерывного сообщения в цифровую форму используются операции дискретизации и квантования. Полученная таким образом последовательность квантованных отчетов кодируется и передается по дискретному каналу как всякое дискретное сообщение. На приемной стороне непрерывное сообщение после декодирования восстанавливается (с той или иной точностью).

Основное техническое преимущество цифровых систем передачи перед непрерывными системами состоит в их высокой помехоустойчивости. Это преимущество наиболее сильно проявляется в системах передачи с многократной ретрансляцией сигналов.

При цифровой системе непрерывных сообщений можно повысить верность применением помехоустойчивого кодирования. Высокая помехоустойчивость цифровых систем передачи позволяет осуществлять практически неограниченную по дальности связь при использовании каналов сравнительно невысокого качества.

Рассмотрим структурную схему цифрового канала передачи непрерывных сообщений (рис. 6).

Рис. 6. Структурная схема системы цифровой передачи

В составе цифрового канала передачи предусмотрены устройства для преобразования непрерывного сообщения в цифровую форму - аналогово-цифровой преобразователь (АЦП) на передающей стороне и устройства преобразования цифрового сигнала в непрерывную форму - цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП) на приемной стороне. Полученный на выходе АЦП цифровой сигнал передаётся по дискретному каналу. Дискретный канал содержит кодер, модулятор, линию связи, демодулятор, декодер. На приёмной стороне из принятого цифрового сигнала ЦАП восстанавливает с той или иной точностью непрерывный сигнал.

В устройстве преобразования сообщения в сигнал непрерывное сообщение, поступающее с выхода источника, преобразуется в цифровой сигнал.

Преобразование аналог - цифра состоит из трех операций: сначала непрерывное сообщение подвергается дискретизации по времени через интервалы; полученные отсчеты мгновенных значений квантуются; наконец полученная последовательность квантованных значений передаваемого сообщения представляется посредством кодирования в виде последовательности двоичных символов «0» и «1».

Такое преобразование называется импульсно-кодовой модуляцией (ИКМ). Чаще всего кодирование здесь сводится к записи номера уровня в двоичной форме счисления.

Полученный с выхода АЦП сигнал ИКМ поступает или непосредственно в линию связи, или на вход передатчика. На приемной стороне линии связи последовательность импульсов после демодуляции и регенерации в приемнике поступает на цифро-аналоговый преобразователь ЦАП, назначение которого состоит в обратном преобразовании (восстановлении) непрерывного сообщения по принятой последовательности кодовых комбинаций.

В состав ЦАП входят декодирующее устройство, предназначенное для преобразования кодовых комбинаций в квантовую последовательность отсчетов, и сглаживающий фильтр, восстанавливающий непрерывное сообщение по квантовым значениям.

Преобразование непрерывных сообщений в цифровую форму в системах ИКМ сопровождается округлением мгновенных значений до ближайших разрешенных уровней квантования. Возникающая при этом погрешность представления является неустранимой, но контролируемой (так как не превышает половины шага квантования). Выбрав малых шаг квантования, можно обеспечить эквивалентность по заданному критерию исходного и квантованного сообщений. Погрешность (ошибку) квантования, представляющую собой разность между исходным сообщением и сообщением, восстановленным по квантованным отсчетам, называют шумом квантования.

2. Анализ методов повышения помехоустойчивости систем передачи информации

2.1 Помехоустойчивое кодирование

Любое мешающее внешнее или внутреннее воздействие на сигнал, вызывающее случайные отклонения принятого сигнала от передаваемого, называется помехой. Классифицируют помехи по следующим признакам: по происхождению, по физическим свойствам, по характеру воздействия на сигнал.

По происхождению надо отметить внутренние шумы аппаратуры, входящей в канал связи, - так называемые тепловые шумы.

По физическим свойствам различают флуктуационные и сосредоточенные помехи. Флуктуационные помехи - случайные отклонения физических величин. К сосредоточенным по спектру помехам относятся помехи посторонних радиостанций, генераторов высоких частот различного назначения, переходные помехи от соседних каналов многоканальных систем.

По характеру воздействия на сигнал различают аддитивные и мультипликативные помехи. Аддитивной называется помеха, мгновенные значения которой складываются с мгновенными значениями сигнала. Аддитивные помехи воздействуют на приемное устройство независимо от сигнала и имеют место даже тогда, когда на входе приемника отсутствует сигнал.

В реальных каналах связи обычно имеет место не одна помеха, а их совокупность.

Применение кодов, исправляющих ошибки, или помехоустойчивое кодирование является эффективным средством повышения достоверности передачи информации при сохранении неизменными скорости передачи и энергетических параметров канала связи и снижения отношения сигнал/шум, требуемого для обеспечения заданной достоверности приема информации. Кодирование с обнаружением и исправлением ошибок, как правило, связано с понятием избыточности кода, что приводит в конечном итоге к снижению скорости передачи информационного потока по тракту связи. Избыточность заключается в том, что цифровые сообщения содержат дополнительные символы, обеспечивающие индивидуальность каждого кодового слова.

Вторым свойством, связанным с помехоустойчивым кодированием является усреднение шума. Этот эффект заключается в том, что избыточные символы зависят от нескольких информационных символов. При увеличении количества избыточных символов доля ошибочных символов в блоке стремится к средней частоте ошибок в канале. Обрабатывая символы блоками, а не одного за другим можно добиться снижения общей частоты ошибок и при фиксированной вероятности ошибки блока долю ошибок, которые нужно исправлять. Все известные в настоящее время коды могут быть разделены на две большие группы: блочные и непрерывные. Блочные коды характеризуются тем, что последовательность передаваемых символов разделена на блоки. Операции кодирования и декодирования в каждом блоке производится отдельно. Непрерывные коды характеризуются тем, что первичная последовательность символов, несущих информацию, непрерывно преобразуется по определенному закону в другую последовательность, содержащую избыточное число символов. При этом процессы кодирования и декодирования не требует деления кодовых символов на блоки.

2.2 Системы с обратной связью

Системами передачи дискретной информации с обратной связью (ОС) называют системы, в которых повторение ранее переданной происходит лишь после приема сигнала ОС. Системы с обратной связью делятся на системы с решающей ОС и информационной ОС.

2.2.1 Системы с решающей обратной связью

В приемнике системы правильно принятые комбинации накапливаются в накопителе и, если после приема блока хотя бы одна из комбинаций не будет принята, то формируется сигнал переспроса, единый на весь блок. Повторяется снова весь блок, а в приемнике системы из блока отбираются комбинации, не принятые при первой передаче. Переспросы производятся до тех пор, пока не будет приняты все комбинации блока. После приема всех комбинаций посылается сигнал подтверждения. Получив его, передатчик передает следующий блок комбинаций (системы с адресным переспросом - РОС-АП). Эти системы во многом аналогичны системам с накоплением, но в отличие от последних приемник их формирует и передает сложный сигнал переспроса, в котором указываются условные номера (адреса) не принятых приемником комбинаций блока. В соответствии с этим сигналом, передатчик повторяет не весь блок, как в системе с накоплением, а лишь не принятые комбинации (системы с последовательной передачей кодовых комбинаций - РОС-ПП).

Известны различные варианты построения систем РОС-ПП, основными из которых являются:

Системы с изменением порядка следования комбинаций (РОС-ПП). В этих системах приемник стирает лишь комбинации, по которым решающим устройством принято решение на стирание, и только по этим комбинациям посылает на передатчик сигналы переспроса. Остальные комбинации выдаются в ПИ по мере их поступления.

Системы с восстановлением порядка следования комбинаций (РОС-ПП). От систем РОС-ПП данные системы отличаются лишь тем, что приемник их содержит устройство, восстанавливающее порядок следования комбинаций.

Системы с переменным уплотнением (РОС-ПП). Здесь передатчик поочередно передает комбинации из последовательностей, причем число последних выбирается так, чтобы ко времени передачи комбинаций на передатчике уже был принят сигнал ОС по ранее переданной комбинации этой последовательности.

Системы с блокировкой приемника на время приема комбинаций после обнаружения ошибки и повторением или переносом блока из комбинаций (РОС-ПП).

Системы с контролем заблокированных комбинаций (РОС-ПП). В этих системах после обнаружения ошибки в кодовой комбинации и передачи сигнала переспроса производится контроль на наличие обнаруженных ошибок h -1 комбинаций, следующих за комбинацией с обнаруженной ошибкой.

2.2.2 Системы с информационной обратной связью

Различие в логике работы систем с РОС и ИОС проявляется в скорости передачи. В большинстве случаев передача служебных знаков требуют меньших затрат энергии и времени, чем передача по прямому каналу опознавателей в системе с РОС. Поэтому скорость передачи сообщений в прямом направлении в системе с ИОС больше. Если помехоустойчивость обратного канала выше помехоустойчивости прямого, то достоверность передачи сообщений в системах с ИОС также выше. В случае полной бесшумной информационной обратной связи можно обеспечить безошибочную передачу сообщений по прямому каналу независимо от уровня помех в нем. Для этого надо дополнительно организовать корректировку искажаемых в прямом канале служебных знаков. Такой результат, в принципе, недостижим в системах с РОС распределенного типа. В случае группирующихся ошибок существенную роль играют условия, в которых передаются информационная и контрольная части кодовых комбинаций в обеих системах связи. При использовании ИОС часто имеет место единственная декорреляция ошибок в прямом и обратном каналах.

Важную роль при сравнении передачи сообщений с РОС и ИОС играют также длина используемого кода n и его избыточность s/t. Если избыточность невелика (s/n<0,3), то даже при бесшумном обратном канале ИОС практически не обеспечивает по достоверности преимущества перед РОС. Однако скорость передачи у систем с ИОС по-прежнему выше. Следует указать еще одно преимущество систем с ИОС, обусловленное различием в скорости. Каждому заданному значению эквивалентной вероятности ошибки соответствует оптимальная длина кода, при отклонении от которой скорость передачи в системе с РОС уменьшается. В системах с ИОС при s/n>0,3 передачу сообщений выгоднее вести короткими кодами. При заданной наперед достоверности скорость передачи от этого становится больше. Это выгодно с практической точки зрения, т.к осуществлять кодирование и декодирование при коротких кодах легче. С увеличением избыточности кода преимущество систем с ИОС по достоверности передачи возрастает даже при одинаковых по помехоустойчивости прямом и обратном каналах, особенно если передача сообщений и квитанции в системе с ИОС организована так, что ошибки в них оказываются некорректированными. Энергетический выигрыш в прямом канале системы с ИОС оказывается на порядок выше, чем в системе с РОС. Таким образом, ИОС во всех случаях обеспечивает равную или более высокую помехозащищенность передачи сообщений по прямому каналу, особенно при больших s и бесшумном обратном канале. ИОС наиболее рационально применять в таких системах, где обратный канал по роду своей загрузки может быть без ущерба для других целей использован для эффективной передачи квитирующей информации.

Однако общая сложность реализации систем с ИОС больше, чем систем с РОС. Поэтому системы с РОС нашли более широкое применение. Системы с ИОС применяют в тех случаях, когда обратный канал может быть без ущерба для других целей эффективно использован для передачи квитанций.

3. Расчёт характеристик систем передачи информации

В ходе работы необходимо:

*определить скорость передачи информации;

*выбрать вид модуляции;

*выбрать вариант построения системы передачи информации, обеспечивающий передачу заданного объема информации за сеанс связи при наиболее эффективном использовании каналов связи;

*разработать структурную схему системы;

*разработать функциональную схему приемного или передающего устройства и построить временные характеристики сигналов в различных сечения устройства.

1. Определим необходимую скорость передачи данных по каналу связи при условии, что объем служебной информации за сеанс не превысит 8%. Скорость передачи информации V равна количеству информации, передаваемой по каналу связи за единицу времени [бит/ с]:

где Iп - объем передаваемой информации,

Tсс - время сеанса связи

Полученная скорость передачи информации, равная 2400 бит/с, соответствует ГОСТу 17422-82.

Скорость модуляции B определяется по формуле:

Вычислим количество позиций сигнала. Зная, что, и подставив исходное значение для полосы пропускания, получим:

т.е. имеем четырехпозиционный сигнал. Тогда скорость модуляции равна

2. Рассчитаем полосу пропускания для фильтра

Ширина полосы пропускания фильтра не превышать допустимой полосы 3100 Гц. 1700 Гц? 3100 Гц? можно использовать скорость модуляции B = 1200 Бод.

Для того чтобы моделировать четырехпозиционный сигнал со скоростью передачи информации 2400 бит/с, понадобится использование двойной относительной фазовой манипуляция (ДОФМ).

3. Рассчитаем эффективное значение напряжения помехи при полосе пропускания фильтра?Fпф = 1700 Гц по формуле:

4. Потенциальная помехоустойчивость при использовании метода ДОФМ:

где Ф(q) - Функция Крампа

Вероятность ошибки

q - отношение сигнал/помеха

При скорости модуляции В=1200 Бод вероятность ошибки, получим:

5. Рассчитаем эффективное значение напряжения сигнала по формуле:

Уровни сигнала на входе и выходе канала:

Для того чтобы передающее устройство не вышло из строя, должно выполняться условие:

где: Pсвх - уровень сигнала на входе,

Pmax - максимально допустимый уровень сигнала.

Для каналов тональной частоты Pmax = -13 дБ.

Условие (3.13) выполняется, следовательно, этот тип модуляции может быть использован для построения системы передачи с данными параметрами.

4. Структурная и функциональная схема систем передачи информации

дискретный цифровой помехоустойчивость манипуляция

1. Система передачи сигнала состоит из передающего устройства преобразования сигналов (УПСпер), канала связи и принимающего устройства преобразования сигналов (УПСпр).

Структурная схема системы передачи информации приведена на рисунке 7.

Рис. 7. Структурная схема системы передачи информации

К - кодер,

ФМ - фазовый модулятор сигнала,

Г - генератор,

ПФ - полосовой фильтр,

ОА - ограничитель амплитуды,

ДФ - фазовый демодулятор,

ФНЧ - фильтр нижних частот,

ВУ - выходное устройство,

ДК - декодер.

Сигнал из кодера поступает в модулятор, на выходе которого получается последовательность положительных и отрицательных импульсов, умноженных на синусоидальное несущее колебание, создаваемое генератором импульсов Г.

Преобразователь обеспечивает изменение фазы несущей частоты.

Полосовой фильтр УПСпер служит для ограничения спектра сигнала, передаваемого в канал связи.

Полосовой фильтр УПСпр предназначен для уменьшения помех, приходящих из канала связи. Ограничение амплитуды ОА позволяет, во-первых, почти полностью устранить влияние изменений амплитуды сигнала в канале связи на длительность принимаемых сигналов и, во-вторых, значительно уменьшить искажения элементов сигнала в результате нестационарных процессов. Кроме того, ОА уменьшает действие импульсных помех. Демодулятор превращает сигнал в импульсы постоянного тока. Фильтр нижних частот ФНЧ подавляет в выпрямленном сигнале высшие гармоники и остатки несущей. Выходное устройство ВУ обеспечивает форму и амплитуду сигналов на выходе, необходимую для нормального функционирования приемника информации ПИ.

2. Рассмотрим принцип работы системы передачи при ДОФМ.

На рис. 8. приведена функциональная схема системы передачи информации.

Рис. 8. Функциональная схема системы передачи информации.

Правило кодирования при ДОФМ иллюстрирует таблица 1 (Рекомендация V.26 МККТТ).

Таблица. 1. Правило кодирования при ДОФМ.

Из приведенного следует, что модемы ДОФМ реализуют кодирование при m = 4.

При ДОФМ для передачи информации по первому двоичному каналу используются, например, фазовые сдвиги р/2 и Зр/2, а по второму двоичному каналу 0 и р, что иллюстрируется векторными диаграммами (рисунок 9). Сплошными линиями показаны фазовые положения векторов отдельных каналов, а пунктиром -- фазовые положения векторов при совместной работе двух каналов. Таким образом, любой комбинации единичных элементов в каждом из двоичных каналов соответствует определенный сдвиг по фазе.

Рис. 9. Векторные диаграммы сигналов ДОФМ.

Поступающая на передатчик последовательность импульсов разбивается на пары бит, называемые «дибит». Возможны четыре различных дебита: 00, 01, 10 и 11. Фазовый модулятор использует импульсный принцип, т. е. фаза изменяется путём добавления импульсов в процессе деления частоты. При этом требуемый фазовый скачок получается как сумма трёх меньших скачков.

Демодулятор ДОФМ устроен так, что при сдвиге фаз между предыдущим и последующим единичными элементами на 45° на выходах обоих каналов получаются нули, при? =225° -- единицы, при? =135° на выходе первого канала -- ноль, второго -- единица и при? =315° на выходе первого канала -- единица, а второго -- ноль. При ДОФМ на той же скорости модуляции, что и при ОФМ, обеспечивается вдвое большая эффективная скорость передачи, поскольку каждое фазовое состояние соответствует не одному биту информации (как при ОФМ), а двум битам (по одному в каждом канале).

Заключение

В ходе выполнения курсового проекта мной были изучены виды модуляции, выявлены достоинства и недостатки каждого из них.

В результате выполнения данного курсового проекта было спроектировано устройство преобразования сигналов, основной задачей которого является передача сигналов данных по каналу связи с требуемой скоростью V и вероятностью ошибки P0.

Для его проектирования были рассчитаны параметры системы связи. При данной скорости модуляции была выбрана ДОФМ, как наиболее оптимальный режим работы, обеспечивающий заданную помехоустойчивость на определенной частоте.

Для выбранного типа системы разработана структурная и функциональная схемы.

Список литературы

1.Белов С.П. Методические рекомендации по выполнению курсовых проектов (работ) по дисциплине "Теория электрической связи" для студентов специальности 210406 "Сети связи и системы коммутации"/С.П. Белов, Е.И. Прохоренко. - Белгород:, 2005. - 32с.

2.Гаранин М.В., Журавлев В.И., Кунегин С.В. Системы и сети передачи информации. - М.: "Радио и связь", 2001. - 366с.

3.Дж. Дэвис, Дж. Карр. Карманный справочник радиоинженера/ Пер. с англ. - М.: «Додэка-XXI», 2002. - 544 с.

4.Кловский Д.Д. Теория электрической связи. - М.: «Радио и связь»,1999. - 433с.

5.С.И. Баскаков. Радиотехнические цепи и сигналы, 2-е издание. - М.: Высшая школа, 2005. - 462с.

Размещено на Allbest.ru

Подобные документы

Методы кодирования сообщения с целью сокращения объема алфавита символов и достижения повышения скорости передачи информации. Структурная схема системы связи для передачи дискретных сообщений. Расчет согласованного фильтра для приема элементарной посылки.

курсовая работа , добавлен 03.05.2015


Статистический анализ искажений. Выбор способа повышения верности передачи заданного сообщения. Составление структуры пакета передаваемых данных для заданного протокола. Составление функциональных схемы передающего и приемного оконечных устройств.

курсовая работа , добавлен 09.07.2012


Разработка структурных схем передающего и приемного устройств многоканальной системы передачи информации с ИКМ; расчет основных временных и частотных параметров. Проект амплитудно-импульсного модулятора для преобразования аналогового сигнала в АИМ-сигнал.

курсовая работа , добавлен 20.07.2014


Функции основных блоков структурной схемы системы передачи дискретных сообщений. Определение скорости передачи информации по разным каналам. Принципы действия устройств синхронизации, особенности кодирования. Классификация систем с обратной связью.

курсовая работа , добавлен 13.02.2012


Формы представления информации, ее количественная оценка. Сущность и первичное кодирование дискретных сообщений. Совокупность технических средств, предназначенных для передачи информации. Система преобразования сообщения в сигнал на передаче и приеме.

реферат , добавлен 28.10.2011


Способы передачи дискретных сигналов и телеграфирования в соответствии с исходными данными. Преобразование исходной кодовой комбинации с целью повышения достоверности передачи. Устройство защиты от ошибок, асинхронная передача и дискретный сигнал.

контрольная работа , добавлен 26.02.2012


Проектирование радиоэлектронной системы передачи непрерывных сообщений по цифровым каналам. Расчет и выбор параметров преобразования сообщения в цифровую форму, радиолинии передачи информации с объекта. Описание структурной схемы центральной станции.

курсовая работа , добавлен 07.07.2009


Методы цифровой обработки сигналов в радиотехнике. Информационные характеристики системы передачи дискретных сообщений. Выбор длительности и количества элементарных сигналов для формирования выходного сигнала. Разработка структурной схемы приемника.

курсовая работа , добавлен 10.08.2009


Проектирование радиоэлектронной системы передачи непрерывных сообщений с подвижного объекта по радиоканалу на пункт сбора информации. Расчет параметров преобразования сообщений и функциональных устройств. Частотный план системы и протоколы ее работы.

курсовая работа , добавлен 07.07.2009


Исследование сущности и функций системы передачи дискретных сообщений. Расчет необходимой скорости и оценка достоверности их передачи. Выбор помехоустойчивого кода. Определение порождающего полинома. Оптимизация структуры резерва дискретных сообщений.