1. Визначення електронної системи(ЕС). Ціль побудови ес. Структура ес. Класи ес. Слово система (англ system) походить від грецького складений
 Скачать 2.18 Mb.
|
|
7. Антени, їх характеристики та параметри. Різновиди антен. (Денбновецкий) Антена - це пристрій, призначений для випромінювання (передавальна антена) і прийому (приймальня антена) електромагнітних хвиль (ЕМХ). Та сама антена може виконувати функції передавальної й приймальні (властивість оборотності). Передавальна антена здійснює перетворення енергії високочастотних коливань, що надходять від передавача, в ЕМХ, що поширюються від антени в навколишній простір. Прийомна антена вловлює енергію ЕМХ джерел випромінювання й перетворить їх в енергію високочастотних коливань, що надходять на вхід приймача. До основних характеристик та параметрів антен відносяться: коефіцієнт корисної дії (ККД), коефіцієнт спрямованої дії (КСД) антени, коефіцієнт підсилення антени, рівень бічних пелюстків, ефективна площа антени, діапазон робочих частот, поляризаційні характеристики, шумова температура, діаграма спрямованості та опір випромінювання. ККД антени - відношення потужності сигналу, випромінюваною антеною, до потужності сигналу, який підводиться до неї. Характеризує ефективність перетворення антеною підведеною до неї ВЧ-енергії в енергію ЕМХ. КСД антени називається відношенням квадрата напруженості поля, створюваного в даному напрямку, до середнього значення квадрата напруженості поля в усіх напрямках. КСД є кількісним показником спрямованості випромінювання (прийому) антени й характеризує ступінь концентрації енергії, випромінюваною антеною, у даному напрямку. Антени класифікують по декількох ознаках. По призначенню антени діляться на передавальні, приймальні й приймально-передавальні, а залежно від області застосування - на радіолокаційні, радіозв’язкові, радіонавігаційні, телевізійні, по діапазону робочих частот. За принципом дії й конструкції антени підрозділяють на дротового, щілинні, акустичного типу (хвилеводні й рупорні), оптичного типу (дзеркальних, лінзові), спіральні, поверхневих хвиль, а по геометрії випромінюючих елементів - на лінійні антени й антени з випромінюючої розкритому (апертурою). По розподілі в просторі випромінюваної енергії ЕМХ антени діляться на спрямовані й ненаправлені. Антени підрозділяють також по способі керування положенням діаграми спрямованості антени (з механічним, електромеханічним і електричним скануванням), по місцю установки (наземні, підземні, корабельні, літакові). Можлива класифікація антен і по інших ознаках. 8. Відмітні особливості мобільного зв’язку, його переваги та недоліки. Мобі льнийзв язоок (рухомий зв’язок) — електрозвязок із застосуванням радіотехнологій, під час якого кінцеве обладнання хоча б одного із споживачів може вільно переміщатися в межах усіх пунктів закінчення телекомунікаційної мережі, зберігаючи єдиний унікальний ідентифікаційний номер мобільної станції. Мобільний (рухомий, бездротовий) зв'язок (мобільні телекомунікації) — технології, що дозволяють абонентам залишатись на зв'язку під час руху, вдома, на роботі, в транспорті, в роумінгу і, навіть, на морі. Наземні системи персонального радіо виклику (СПРВ) стільникові СМРЗ (надають доступ до територіального ресурсу) найпростіші системи мобільного радіозв'язку, транкінгова система мобільного радіозв'язку (використовують ретранслятори, система автоматично вибирає кращий) зонові СМРС (фіксований канал через ретранслятор) Супутникові геостаціонарні (супутник перебуває на геостаціонарній орбіті, висота близько 34 тисяч км) середньорбітальні низькоорбітальні високоеліптичні (робота супутника здійснюється при його знаходженні в апогеї.) Переваги й недоліки радіозв язку(мобільного зв язку): мобільний зв'язок – одиніз надійних зв'язків.Мобільний зв'язок корисний, і зручний, його можна використовувати там, де недоступний жоден інший вигляд зв'язку, системи радіозв'язку недорогі за ціною, легко розгортаються й невимогливі до місцевих умов оточуючої. Залежно від діапазону радіохвилі мають особливості і закони поширення: Довгі хвилі сильно поглинаються іоносферою, основне значення маютьприземні хвилі, які поширюються, огинаючи землю. Їх інтенсивність у міру віддалення від передавача зменшується порівняно швидко. Середніхвилі сильно поглинаються іоносферою днем, і район дії визначається приземної хвилею, ввечері добре відбиваються від іоносфери і район дії визначається відбитій хвилею. Короткі хвилі поширюються виключно у вигляді відображення іоносферою, тому навколо передавача існує т. зв. зона радіомовчання. Вдень краще поширюються коротші хвилі (30 МГц), вночі — довші (3 МГц). Короткі хвилі можуть найбільші відстані при малій потужності передавача. Ультракороткі хвилі поширюються за прямий як вийшов і, зазвичай, не відбиваються іоносферою.[6] Незаперечні переваги систем супутниковому зв'язку – велика пропускну здатність, глобальність дії і високу якість зв'язку – зумовили інтенсивна розбудова супутниковому зв'язку. Нині зазвичай більше 30 великих супутникових систем, які мають власними супутниками, і більше 100 супутників перебувають у експлуатації. Конфігурація систем супутниковому зв'язку істотно залежить від типу ШСЗ, виду зв'язку й параметрів земних станцій. Для побудови систем супутниковому зв'язку використовують у основному три різновиду ШСЗ – на високої еліптичної орбіті (>ВЭО), геостаціонарної орбіти (ДСО) інизковисотной орбіті (НБО). Недоліки супутниковому зв язку Слабка перешкодозахищеність. Величезні відстані між земними станціями і супутником є причиною, що безпосереднє відношеннясигнал/шум на приймальнику дуже невелика (набагато менше, ніж більшість радіорелейних ліній зв'язку). А, щоб у умовах забезпечити прийнятну ймовірність помилки, доводиться використовувати великі антени, малошумливі елементи складні перешкодостійкі коди. Особливо гостро цю проблему стоїть у системах рухомого зв'язку, позаяк у нього є обмеження на розмір антени і, зазвичай, на потужність передавача. Вплив атмосфери. На якість супутниковому зв'язку надають сильний вплив ефекти в тропосфері і іоносфері. Іоносферні ефекти. Ефекти в іоносфері обумовлені флуктуаціями розподілу вільних електронів. До іоносферних ефектіввідносять мерехтіння, поглинання,затримку поширення, дисперсію, зміна частоти, обертання площини поляризації. Всі ці ефекти послаблюються зі збільшенням частоти. Для сигналів з частотами, великими 10 ГГц, їхнього впливу невелика. Затримка поширення сигналу. Проблема затримки поширення сигналу однак зачіпає всі супутникові системи зв'язку. Найбільшою затримкою мають системи, використовують супутниковий ретранслятор на геостаціонарної орбіти. І тут затримка, обумовлена конечністю швидкості поширення радіохвиль, становить приблизно 250 мс, і з урахуванням мультиплексування, комутації і затримок обробки сигналу загальна затримка їх може становити до 400 мс. 9. Залежність пропускної здатності каналу зв’язку від відношення сигналу до шуму. Пропускная способность по каналу с шумом равняется: С = F 2 (1+S/N) (бит/с), где S/N - соотношение сигнал-шум в канале, F– полоса частот канала. В цифровых системах параметром, эквивалентным отношению S/N, является отношение E b /N 0 , которое определяется как отношение количества энергии в бите информации к спектральной плотности шумов. 10. Відношення сигналу до шуму в оптимальному гаусівському каналі в залежності від питомих витрат смуги та різновиду сигналу. Оптимальна система передачі інформації та межа Шенона. Определим показатели гауссовского канала, взяв за основу модифицированную формулу Шеннона: 0 C = экв F ) 1 ( log 2 ш c c P P Введем в рассмотрение два понятия: удельные затраты полосы (УЗП) и удельные затраты энергии (УЗЭ), т. е. затраты полосы и энергии для передачи одного бита информации: F 0 C F экв , (1) E 0 0 0 0 N T P N E c , (2) где 0 E и 0 T – энергия и время, затрачиваемые на передачу одного бита информации в гауссовском канале. Учитывая это обстоятельство, 0 C * 0 T = 1 [бит]. На основании выражений (1) и (2) перепишем формулу (*) в несколько ином виде. Так как c P = 0 0 0 0 C E T E , то 1= 0 C F экв ) 1 ( log 0 0 0 2 экв c F C N E = F ) 1 ( log 2 F E c = F F E c ) 1 ( log 2 , F F E c ) 1 ( 2 1 , F E c F 1 2 1 , F E c F 1 2 1 , ) 1 2 ( 1 1 F F c E . (3) Выражение (3) устанавливает связь между УЗЭ и УЗП в гауссовском канале для различных классов сигнала. Класс сигнала определяет c . Отсюда видно, что с увеличением УЗП, УЗЭ уменьшаются. c c E F 7 0 2 ln lim В соответствии с определениями (1) и (2) экв c ш c F E F N P P P * 0 Из выражения (3) получим необходимое отношение сигнал/шум для гауссовского канала ) 1 2 ( 1 1 2 F c ш c P P h . (4) Графические зависимости, определяемые формулами (3) и (4), выглядят следующим образом. Красные стрелки указывают на зависимости, полученные для гауссовских сигналов, синие стрелки – для гармонических сигналов. Зависимость УЗЭ от УЗП для гауссовских сигналов характеризует границу Шеннона. Ниже этой границы ни одна система находиться не может. Комментарии. Зависимости, приведенные на графиках, показывают, что: 1. Возможно неограниченное число оптимальных систем с определенными УЗП и УЗЭ и необходимым отношением сигнал/шум. 2. Для систем с малыми УЗЭ характерны большие УЗП и малые требуемые отношения сигнал/шум в канале. И наоборот, в системах с малыми УЗП требуются большие УЗЭ и большие требуемые отношения сигнал/шум. 3. Реальным системам передачи информации соответствуют на графике точки, лежащие выше границы Шеннона. Под границей Шеннона понимается максимальная скорость передачи, для которой код имеет возможность исправить ошибки в канале с заданным отношением сигнал/шум. В настоящее время максимальное приближение к этой границе даѐт LDPC-код с примерной длиной блока в 10 миллионов бит. Также, с другой стороны, под. границей Шеннона можно понищать минимальное отношение сигнал/шум, для котрого теоретически возможно безошибочная передача и декодирование блока с заданной скоростью. Например, для вида модуляции QPSK и скорости передачи 1 (бит/с)/символ минимальное отношение сигнал/шум составляет 0,25 дБ. 11. Об’єм сигналу, об’єм каналу, їхузгодження Пропонується два варіантавідповіді на цепитанняна ваш вибір Вариант 1 Ємність каналу (англ. сhannelсapacity) – граничнашвидкістьпередаванняінформаціїцим каналом: , де q – кількістьелементарнихінформативнихповідомлень, щопередається за час Т. ЯкщосигналипередаютьсязішвидкістюSімпульсів за секунду, тобто: , де τ– час передавання одного імпульсу; то за час Tможнапередати n імпульсів: Для двійкового каналу, щопропускаєлишеелементарнісигнали «0» та «1», максимальна кількістькомбінаційелементарнихсигналів, яка може бути передана за час Т, складає: Тодіємністьбінарного каналу зв’язкувизначається: , тобто, чимменшою буде тривалістьімпульсу , тимбільшою буде ємність каналу С. Для недвійкового каналу: , де m – кількістьсимволів у алфавіті; і ємність каналу: Ємність каналу зв’язкуСможе бути виражена у бітах на символ. Якщо до входу каналу підключенеджерелоповідомлень з ентропією на символ, щодорівнюєємності каналу зв’язку, то джерелоінформаційноузгоджене з каналом. Якщоентропіяджереламеншаніжємність каналу, то ємність каналу використовується не повністю (канал інформаційнонедовантажений). Узгодженняджерела з каналом є досить складною справою і реалізовується за допомогоюстатистичногокодування. К. Шеннон показав, щоінформаційнеузгодження, яке досягаєтьсястатистичнимкодуванням, аналогічнеенергетичномуузгодженнювнутрішнього опору електричного генератора з навантаженням за допомогою трансформатора для передаваннявід генератора максимальноїпотужності. Тут маємо на увазіузгодженняджерела з каналом зв’язку за допомогою пристрою кодування з метою максимального використанняємності каналу. Передача інформаціїіззавадами Завади(англ. interference) абошуми (англ. noise) у каналізв’язкусуттєвоускладнюютьпередаванняінформації. На приймальномубоцінемаєвпевненості, що той чиіншийелементповідомленняприйняті у тому вигляді, в якому вони булипередані. Тому під час передавання каналом іззавадамивиникаютьдвіпроблеми: – підвищенняефективностіпередавання; – підвищеннявірогідності (завадозахищеності) передавання. К. Шеннон доказав, щоякщоентропіяджерелаінформації не перевищуєпропускноїздатності каналу, тобтоН ≤ С, то існує код, якийзабезпечуєпередаванняінформації каналом із шумами з якоюзавгодно малою частотою помилокабо з якоюзавгодно малою невірогідністю. При Н > С такого коду не існує,тобтопередавання без помилокнеможливе. К. Шеннон визначивтакожмаксимальнушвидкістьпередаванняінформації: , (2.5) де f m – смуга частот каналу; P c – середняпотужність сигналу; Р ш – середняпотужністьбілого шуму. Таким чином можнапередаватиінформацію, якщошвидкістьпередаванняінформації не перевищуємаксимальноїшвидкості каналу. Для випадку, коли середняпотужністьбілого шуму набагатобільша за середнюпотужність сигналу, тобтоP c >>P ш , у формулі (2.5) одиницеюможназнeхтувати: Максимальна кількістьінформації, яка може бути передана за певний часТ: . ( 2.6) Оскількиця величина може бути зображена у виглядіпаралелепіпеда, то вона отрималаназвуоб’єму сигналу. Таким чином можназмінюватиокреміпараметри сигналу, не змінюючийогооб’єм. Якщо до виразу (2.6) підставитипотенційніможливості каналу передавання (час, на який канал надаєтьсякористувачу, виділенайомусмуга частот і максимальна потужність сигналу, щоможепередаватися каналом), то параметр матименазвуємність каналу. Для передавання сигналу каналом зв’язкунеобхіднощобоб’єм сигналу був не менший, ніжємність каналу, тобтонеобхідновиконатиумову: V c ≤ V k . (2.7) Якщо ж данаумова не виконується, то сигнал передатицим каналом зв’язкунеможливо. Може бути ситуація, приякій дана умовавиконується, але смуга частот, на яку розрахований канал, менша за смугу частот сигналу або час, якийвиділено на передаванняінформаціїменший, ніжнеобхідно, тобтоумова (2.7) розпадається на систему: Одним з найбільшпоширенихспособівперетворення сигналу є варіювання величинами f c та T c за їхнезміннимдобутком. Потужність сигналу, як правило, не збільшується. ВАРИАНТ 2 (коротший і з використаннямінших формул) Сигнал може бути охарактеризованийрізними параметрами. Таких параметрів, взагалікажучи, дужебагато, але для завдань, які доводиться вирішувати на практиці, істотнолишеневеликеїхнє число. Наприклад, при виборіприладу для контролю технологічногопроцесуможезнадобитисязнаннядисперсії сигналу; якщо сигнал використовується для управління, істотним є йогопотужність і так далі. Розглядають три основнихпараметри сигналу, істотних для передачіінформації по каналу. Перший важливий параметр - це час передачі сигналу T с. Другою характеристикою, яку доводиться враховувати, є потужністьP з сигналу, переданого по каналу з певнимрівнемперешкодP с. Чим більшезначенняP с в порівнянні з P з, тимменшеймовірністьпомилковогоприйому. Таким чином, представляєінтересвідношенняP з / P с. Зручнокористуватися логарифмом цьоговідношення, званимперевищенням сигналу над перешкодою: Третімважливим параметром є спектр частот F x . Ці три параметридозволяютьпредставити будь-який сигнал в тривимірномупросторі з координатами L, T, F у виглядіпаралелепіпеда з об'ємомT x F x L x . Цейтвір носить назвуоб'єму сигналу і позначається через V x Інформаційний канал можнахарактеризуватитакожтрьомавідповідними параметрами: часом використання каналу Т до, шириною смуги частот, щопропускаються каналом F k, і динамічнимдіапазоном каналу D k характеризуєйогоздатністьпередаватирізнірівні сигналу. Величина називаєтьсяємністю каналу. Неспотворена передача сигналівможливатільки за умови, що сигнал за своїмобсягом «вміщається» в ємність каналу. Отже, загальнаумоваузгодження сигналу з каналом передачіінформаціївизначаєтьсяспіввідношенням Однакспіввідношення виражає необхідна, але недостатняумоваузгодження сигналу з каналом. Достатньоюумовою є узгодження за всіма параметрами: |