1. Сравнительная характеристика различных рсп
 Скачать 1.88 Mb.
|
|
8.Фазовая модуляция. При фазовой модуляции (ФМ) мгновенная фаза колебания изменяется в соответствии с модулирующим колебанием , мгновенная фаза определяется выражением: , где К фм - крутизна модуляционной характеристики. Допустим, происходит модуляция след. вида: , тогда , где - девиация фазы(она зависит только от амплитуды модулирующего колебания). Тогда фазомодулированный сигнал примет вид: . Одновременно с девиацией фазы происходит девиация частоты, если продифференцировать функцию , получим . Где произведение - девиация частоты при фазовой модуляции. Фазовая модуляция относится к прямым методам модуляции, когда девиация фазы прямопропорциональна амплитуде модулирующего напряжения. 9. Параметры ЧМ при передаче многоканальной телефонии Многоканальное телефонное сообщение (групповой сигнал) представляет собой сумму случайных транспонированных по частоте сигналов отдельных телефонных каналов. Поэтому модулирующее напряжение является случайным процессом. Случайным процессом оказывается также и изменение частоты несущей на выходе частотного модулятора. В связи с этим оценку величины девиации частоты на выходе модулятора необходимо производить по усредненным статистическим параметрам. К таким относятся мощность (Рср), пиковая мощность (Рпик) многоканального сообщения и девиация частоты на канал ( к Df ). Девиация частоты на канал является весьма важным параметром и поэтому она задается, чтобы дать возможность соединять радиорелейные линии различных стран по промежуточной частоте. Девиация частоты на канал к Df устанавливается на выходе частотного модулятора при подаче на вход телефонного сигнала, который представляет собой синусоидальное напряжение частоты F k = 800 Гц и мощностью R =1мВт. При правильно выбранной девиации на канал на другом конце линии связи на выходе этого канала мощность сигнала также должна быть равна 1 мВт, если остальные каналы на входе и выходе нагружены на сопротивление R = 150 Ом. Аналогичным образом настраиваются все остальные каналы. Такой выход телефонного канала называется точкой относительного нулевого уровня (ТНОУ), поскольку уровень сигнала в этой точке по отношению к 1 мВт равен нулю дБ. Зная эффективную девиацию на канал и среднюю мощность группового сигнала можно определить эффективную (среднюю) девиацию частоты многоканального сообщения Зная f эф можно определить эффективное значение индекса модуляции Однако многоканальное сообщение нельзя достаточно полно охарактеризовать только эффективными параметрами f эф и M эф . Поэтому для более полной характеристики ЧМ радиосигнала вводится понятие квазипиковой девиации частоты пик D f (0,1%) и квазипикового индекса модуляции Мпик(0,1%), соответствующие квазипиковой мощности группового сигнала пик дельта P (0,1%), т.е. уровень мощности, который превышается только в течение 0,1% времени наблюдения Еще одной важной характеристикой ЧМ радиосигнала является ширина его спектра, определяющая необходимую полосу пропускания радиоканала Пчм. При передаче сигналов многоканальной телефонии минимальная необходимая полоса П чм должна определяться исходя из допустимого уровня переходных помех, возникающих в результате ограничения спектра: 10.Определение необходимой полосы частот при передаче многоканальной телефонии Для определения необходимой полосы частот радиоканала при многоканальной телефонии необходимо в первую очередь определить эффективную девиацию частоты f эф для заданного числа каналов N. В зависимости от числа каналов по справочнику определяется эффективная девиация на канал k D f . (Для N=12 k Df =35 кГц, а для N от 60 до 1020 каналов k Df =200 кГц) Зная k Df и Fв из определяем D f эф , а из и M эф и М пик(0,1%) . По формуле Карсона определяется необходимая полоса частот. 11.Сравнение ФМ и ЧМ. Достоинства и недостатки угловой модуляции по сравнению с амплитудной. Сравнивая частотную и фазовую модуляцию можно заметить, что они очень схожи и являются разновидностями угловой модуляции. Фазовая модуляция относится к прямым методам модуляции, когда девиация фазы прямопропорциональна амплитуде модулирующего напряжения, а частотная модуляция относится к интегральным методам модуляции, поскольку девиация фазы пропорциональна интегралу от модулирующего напряжения. 12. Модуляция в цифровых РСП. Виды цифровой манипуляции: амплитудная, частотная, фазовая, дифференциальная фазовая. Существует 3 основных вида манипуляции сигналов: амплитудная, частотная и фазовая. Этот набор манипуляций определяется основными характеристиками, которыми обладает любой сигнал (см. статью "Сигнал и его основные характеристики"). Виды манипуляции сигналов АМ, ЧМ и ФМ являются базисом и достаточно редко применяются на практике поодиночке. Чаще применяются их модификации или в сочетании друг с другом. В частности в стандарте GSM на радио интерфейсе применяется модуляция GMSK – гауссовская манипуляция с минимальным фазовым сдвигом. Главное ее преимущество заключается в том, что манипулированный этим методом сигнал занимает гораздо меньшую частотную полосу, чем при обычной фазовой манипуляции. Однако в основу GMSK положена, рассмотренная выше обычная фазовая манипуляция, и это видно даже из названия. Таким образом, выбор того или иного метода манипуляции обусловлен требованиями по помехозащищенности, пропускной способности канала связи, стоимостью реализации оборудования и т.п. 13. Уравнения Найквиста и Шеннона Связь между полосой пропускания линии и ее максимально возможной пропускной способностью, вне зависимости от принятого способа физического кодирования, установил Клод Шеннон: Здесь С — максимальная пропускная способность линии в битах в секунду, F -ширина полосы пропускания линии в герцах, P с . — мощность сигнала, P ш — мощность шума. Из этого соотношения видно, что хотя теоретического предела пропускной способности линии с фиксированной полосой пропускания не существует, на практике такой предел имеется. Действительно, повысить пропускную способность линии можно за счет увеличения мощности передатчика или же уменьшения мощности шума (помех) на линии связи. Обе эти составляющие поддаются изменению с большим трудом. Повышение мощности передатчика ведет к зна- чительному увеличению его габаритов и стоимости. Снижение уровня шума требует применения специальных кабелей с хорошими защитными экранами, что весьма дорого, а также снижения шума в передатчике и промежуточной аппаратуре, чего достичь весьма не просто. К тому же влияние мощностей полезного сигнала и шума на пропускную способность ограничено логарифмической зависимостью, которая растет далеко не так быстро, как прямопропорциональная. Так, при достаточно типичном исходном отношении мощности сигнала к мощности шума в 100 раз повышение мощности передатчика в два раза даст только 15 % увеличения пропускной способности линии. Близким по сути к формуле Шеннона является другое соотношение, полученное Найквистом, которое также определяет максимально возможную пропускную способность линии связи, но без учета шума на линии: C = 2F log 2 M. Здесь М — количество различимых состояний информационного параметра. Скорость передачи информации — скорость передачи данных, выраженная в количестве бит, символов или блоков, передаваемых за единицу времени. Рассматривая все возможные многоуровневые и многофазные методы шифрования, теорема Шеннона-Хартли утверждает, что ёмкость канала C, означающая теоретическую верхнюю границу скорости передачи информации, которые можно передать с данной средней мощностью сигнала S через один аналоговый канал связи, подверженный аддитивному белому гауссовскому шуму мощности N равна: C— ёмкость канала в битах в секунду; B — полоса пропускания канала в герцах; S — полная мощность сигнала над полосой пропускания, измеренной в ваттах или вольтах в квадрате; N — полная шумовая мощность над полосой пропускания, измеренной в ваттах или вольтах в квадрате; S/N — отношение сигнала к шуму(SNR) сигнала к гауссовскому шуму, выраженное как отношение мощностей 14.Cравнение различных видов модуляции Как указывалось, основными критериями эффективности различных видов модуляции являются критерии спектральной и энергетической эффективности. Энергетическая эффективность характеризует энергию, которую необходимо затратить для передачи информации с заданной достоверностью (вероятностью ошибки). Спектральная эффективность характеризует полосу частот, необходимую для того, чтобы передавать информацию с определенной скоростью. Кроме данных критериев, виды модуляции сравниваются по устойчивости к различным типам помех и искажений и сложности аппаратной реализации. Существуют также специфические критерии, существенные для отдельных систем связи, отражающие особенности канала связи. Практически во всех системах связи используются фильтры, ограничивающие спектр сигнала. Для амплитудных, фазовых и амплитудно-фазовых видов модуляции чаще всего используется фильтр с характеристикой приподнятого косинуса, для частотных – гауссов фильтр. Таким образом, спектральная эффективность для амплитудных, фазовых и амплитудно- фазовых видов модуляции одинакова и определяется полосой фильтра. Было показано, что увеличение позиций (уровней) модуляции (модуляции M-ASK, M- PSK и MQAM) увеличивает спектральную эффективность в M k 2 log = раз. Также было отмечено, что наибольшей спектральной эффективностью среди частотных видов модуляции обладает модуляция MSK. Сравнение MSK c гауссовой фильтрацией (модуляция GMSK) и относительной полосой 3 . 0 = b BT и модуляции QPSK с фильтром приподнятого косинуса с коэффициентом скругления 35 . 0 = б (оптимальные для многих систем связи параметры) выявляет, что 99% мощности содержится в относительной полосе 1 для QPSK и 2.6 для GMSK. Таким образом, MSK является спектрально в 2.6 раза менее эффективной, чем QPSK и в 1.3 раза менее эффективной, чем BPSK. 15. Квадратурноамплитудная модуляция типа 16КАМ При квадратурной амплитудной модуляции (КАМ, QAM - Quadrature Amplitude Modulation) изменяется как фаза, так и амплитуда сигнала, что позволяет увеличить количество кодируемых бит и при этом существенно повысить помехоустойчивость. В настоящее время используются способы модуляции, в которых число кодируемых на одном бодовом интервале информационных бит может достигать 8...9, а число позиций сигнала в сигнальном пространстве - 256...512. Квадратурное представление сигналов является удобным и достаточно универсальным средством их описания. Квадратурное представление заключается в выражении колебания линейной комбинацией двух ортогональных составляющих — синусоидальной и косинусоидальной: S(t)=x(t)sin(wt+(p))+y(t)cos(wt+(p)) где x(t) и y(t) — биполярные дискретные величины. Такая дискретная модуляция (манипуляция) осуществляется по двум каналам на несущих, сдвинутых на 90° друг относительно друга, т.е. находящихся в квадратуре (отсюда и название представления и метода формирования сигналов). В ЦРСП для увеличения спектральной эффективности получили применение модуляторы МКАМ M≥16. Модуляция высокого порядка эффективна с точкизрения использования спектра, но требует реализации высокого ОНШ для обеспечения заданной величины Pо ш . При 16КАМ кратность модуляции m=log 2 16=4 и в одном символе передается 4 бита информации. Символьная скорость, характеризующая эффективность использования полосы в четыре раза меньше, чем при двухпозиционной фазовой модуляции. Структурная схема и векторная диаграмма (ВД) для 16КАМ представлены на рисунках 6.27 и 6.28 соответственно. В каждой ветви модулятора 16КАМ с помощью ЦАП в ФУ формируется четырехуровневый сигнал ( ±1; ±3 ) с длительностью 4T 0 . После объединения ортогональных сигналов I и Q каналов на выходе сумматора действует амплитудно-фазомодулированный сигнал с числом различных фаз, равным 12 и числом различных амплитуд, равным 3. 16. Квантование кодирование и декодирование в цифровых РСП. Достоинства и недостатки цифровой манипуляции. Достоинства: - высокая устойчивость связи в реальных условиях эксплуатации, благодаря использованию помехоустойчивого кодирования; - возможность выделения на ПРС требуемого числа каналов телефонии без снижения качества связи; - высокая эффективность контроля и управления; - компактность и малогабаритность систем с возможностью их размещения вблизи антенн без использования волнового тракта; - быстрая организация связи при аварийных ситуациях и бедствиях; - быстрая установка и демонтаж оборудования с возможностью его повторного использования; - экономическая эффективность при организации связи на участках со сложным рельефом местности. Недостатки: - требуется более широкая полоса ВЧ тракта для организации одинакового числа каналов в сети; - необходимость цифрового сжатия видеосигналов при передаче сигналов телевидения. 17.Структурные схемы приёмника и передатчика радиоствола. Основные параметры прм и прд. Передатчик предназначен для формирования высокочастотного колебания с заданными мощностью, номинальной частотой и модуляцией этого колебания информационными сигналами основной полосы. Передатчик радиоствола состоит из преобразователя частоты, в который входят мощный усилитель промежуточной частоты МУПЧ (рис.5.1), смеситель СмПд и ге теродин ГтПд передатчика, полосовой фильтр ПФ сверхвысокой частоты и усилите ль сигнала СВЧ. Модулированный сигнал ПЧ после усиления в МУПЧсмешиваетс я в СмПд с высокостабильным колебанием ГтПд, на выходе СмПд в ПФ выделяется сигнал счастотой передачи fПд. Затем мощность этого сигнала усиливается в УСВЧ до требуемого значения. Приемное устройство предназначено для приема высокочастотного колебания и демодуляции его с целью выделения информационных сигналов. Приемник радиоствола, схема которого дана на рис.5.2, состоит из малошумящ его усилителя МШУ сигнала СВЧ, полосового фильтра, преобразователя частоты, в который входят смеситель СмПм и гетеродин ГтПм приемника, и усилителя сигн ала ПЧ УПЧ. Сигнал ПЧ образуется смешиванием сигнала с частотой fПм с высоко стабильным колебанием ГтПм. В тракте ПЧ гетеродинного приемопередатчика осуществляются следующие ос новные функции: автоматическая регулировка усиления, компенсирующая изменен ия уровня принимаемого сигнала в среде распространения радиоволн; корректиров ание искажений частотных характеристик передачи, вносимых различными элемен тами тракта ПЧ и СВЧ; амплитудное ограничение ЧМ сигнала (только в РСП с ЧРК). 18. Структурная схема промежуточной ретрансляционной станции. по основной полосе частот (а–а´); по промежуточной частоте (б–б´); по высокой частоте (в–в´) Промежуточные ретрансляционные станции. На ПРС сигналы, принимаемые от соседних станций, усиливаются для компенсации ослабления в среде распространения радиоволн и излучаются в направлении следующей станции, т.е. ретранслируются. Можно постро ить три типа ПРС в зависимости от ретрансляции (рис.5. 3) по основной полосе частот (а– а´); по промежуточной частоте (бб´); по высокой частоте (вв´) (на структурной схеме рис.5.3 эле менты Пм и Пд, не играющие роли в пояснении принципа действия, опущены).Наибольшее прим енение для оснащения ПРС нашлигетеродинные ретрансляторы. Схема такого ретранслятора пол учается на рис.5.3 при соединении точек б и б´. Сигнал в нем ретранслируется по промежуточной частоте. Благодаря отсутствию модема в ретрансляторе сводятся к минимуму искажения сигнала ОП, вносимые оборудованием ПРС. В гетеродинном ре трансляторе нелинейные искажения сигнала ОП обусловлены главным образом неравномерность ю частотных характеристик линейных цепей приемопередатчика (эти характеристики корректиру ются обычно в тракте ПЧ) и антеннофидерного тракта. Принимаемый сигнал обрабатывается в Пм и с выхода ПЧ (точка б) подается на выход ПЧ передатчика для преобразования частоты и пе редачи сигнала СВЧ в направлении следующей станции. Отличительной особенностью гетероди нного ретранслятора является наличие в нем двух преобразователей частоты с двумя различными по частоте источниками высокостабильных колебаний, гетеродинами. Частоты гетеродинов при емника ГтПм и передатчика ГтПд различаются так же, как и частоты приема fПм и передатчика f Пд. Разница между ними |fПдfПм| определяется планом частот и одинакова для всех радиоствол ов одной РСП. В гетеродинных ретрансляторах используются два метода стабильности частот Гт Пм и ГтПд. Первый метод характеризуется тем, что гетеродины имеют независимые системы ста билизации частоты (раздельные гетеродины на приеме и передаче). При этом уход частоты ретра нслируемого сигнала определяется нестабильностью двух гетеродинов, что накладывает повыше нные требования на степень стабилизации частоты каждого из них. Второй метод отличается тем , что стабилизируется только разностная частота |fПд fПм|, называемая частотой сдвига, которая значительно ниже частоты гетеродина. Например, в РРСП диапазонов 4, 6 и 8 ГГц она составля ет 266 МГц. При выполнении тех же технических требований на стабильность частоты ретранслируемого сигнала реализация второго метода более проста в схемотехнике, обладает меньшим энергопотреблением. Однако такой метод не может б ыть использован на ОРС и УРС, где лучше подходит первый метод стабилизации. Третьим типом ПРС является ретранслятор прямого усиления (его схема получается на рис.5.3 при соединении точек в и в´). Сигнал усиливается и обрабатывается непосредственно по высокой частоте. Необхо димым элементом такого ретранслятора является преобразователь частоты (смеситель сдвига См Сдв), с помощью которого частота приема fПм «сдвигается» на требуемое значение |fПд fПм|. Э то делается для предотвращения самовозбуждения тракта усиления ретранслируемого сигнала, к оторое может произойти, если излучаемый по линии сигнал с частотой fПд попадает на вход при емника данной ПРС. Принимаемый сигнал частоты fПм усиливается в УСВЧПм, здесь же осуще ствляется АРУ и корректируются характеристики тракта СВЧ. Затем сигнал поступает на СмСдв, на входе которого в ПФ выделяется сигнал с частотой fПд, а затем уровеньсигнала доводится до требуемого значения в УСВЧПд. Ретрансляторы прямого усиления применяются в некоторых типах бортовых ретрансляторов ССП. |