Передатчик транкинговой цифровой связи TETRA. Передатчик транкинговой цифровой связи tetra

• Название: Передатчик транкинговой цифровой связи tetra
• Анкор: Передатчик транкинговой цифровой связи TETRA
• Дата: 25.05.2022
• Размер: 2.53 Mb.
• Имя файла: prov_4_10314413.docx
• Тип: Курсовой проект; #548718
• страница: 2 из 6

1 Разработка и обоснование технического задания

Основание для разработки.

Основанием для разработки служит задание на курсовое проектирование.

Цель и задачи разработки.

Целью проекта является разработка передатчика транкинговой цифровой сети TETRA.

Технические характеристики передатчика:

– выходная мощность передатчика P = 2 Вт,

– система подвижной связи – TETRA

– тип станции – абонентская станция,

– диапазон частот – 380-390 МГц,

– тип модуляции – квадратурная относительная фазовая манипуляция со сдвигом на PI/4.
Радиостанции должны быть предназначены для работы с несимметричными антенно-фидерными устройствами номинальным волновым сопротивлением 50 или 75 Ом, установленным в ТУ на радиостанции конкретного типа [1].

Для разрабатываемого передающего устройства, относящегося в соответствии с ТЗ к абонентскому оборудованию, можно сформулировать требования не указанные в требованиях ТЗ, однако, которые должны выполняться в соответствии с рассмотренным выше документом, а именно:

1. Диапазон рабочих частот: 380-390 МГц;

2. Частотный разнос между каналами – 25 кГц;

3. Нестабильность частоты при разносе 25 кГц не более  ;

4. Ширина полосы частот излучения передатчика при частотном разносе 25 кГц не более 16 кГц;

5. Уровень побочных излучений передатчика не более 0,25 мкВт;

6. Уровень излучений в соседнем канале при частотный разнос 25 кГц не более минус 70 дБ;

7. Тип станции: абонентская;

8. Выходная мощность не менее 2 Вт;

9. Волновое сопротивление антенно-фидерного тракта – 50 Ом.

2 Выбор и обоснование структурной схемы и схемотехнических решений для проектируемого устройства

2.1 Параметры передатчика стандарта TETRA

В цифровых системах радиосвязи используются специальные виды модуляции, отличающиеся от аналоговых видов. Это вызвано как особенностями цифрового сигнала, позволяющего использовать более эффективные функциональные зависимости между модулируемым и модулирующим сигналами, так и необходимостью обеспечения электромагнитной совместимости с другими существующими системами связи. TETRA – одна из первых цифровых транкинговых систем связи, поэтому представляет интерес рассмотреть процессы модуляции и демодуляции сигнала в данной системе более подробно.

Для передачи сигнала по радиоканалу стандарт TETRA предлагает использовать дифференциальную квадратурную фазовую модуляцию со сдвигом символов π/4 (международное обозначение - π/4-DQPSK). Этот вид модуляции в настоящее время широко применяется во многих цифровых системах связи, например, в сотовой связи стандарта DAMPS, системе беспроводных телефонов DECT и др. Модуляция π/4-DQPSK позволяет формировать компактный спектр радиосигнала с малым уровнем внеполосных излучений при высокой скорости передачи информации и приемлемой помехоустойчивости. Кроме того, прием данного сигнала может осуществляться на разнообразные типы демодуляторов от простейшего частотного дискриминатора до когерентных демодуляторов, что немаловажно при построении радиоприемных устройств различного класса. Эти особенности с учетом высокой стоимости радиочастотного спектра в современных условиях создают веские предпосылки для широкого применения данного вида модуляции. Рассмотрим процессы модуляции и демодуляции сигнала в системе TETRA более подробно.

Функциональная схема модулятора приведена на рисунке 2.1. Вид сигналов в различных точках схемы показан на рисунке 2.2 Формирование сигнала происходит в несколько этапов.

На первом этапе поступающие на вход модулятора биты цифрового сигнала объединяются попарно в т. н. дибиты. На рисунке 2.2 границы дибитов отмечены пунктирными линиями. Каждому i-му дибиту в дешифраторе ставится в соответствие приращение фазового угла Δφ_i. Такая процедура снижает скорость цифрового потока в два раза, так как два информационных бита кодируются одним значением фазового угла. Зависимость между дибитом и приращением фазового угла приведена в таблице 2.1.

Затем в накапливающем сумматоре, состоящем из линии задержки на длительность дибита и сумматора, происходит суммирование изменений фазы, в результате чего формируется фаза сигнала φ_i. рисунке 2.3 показана комплексная плоскость с отображением возможных позиций фазы. Из рисунка видно, что возможны 8 положений вектора с фазовыми углами кратными, π/4.


Рисунок 2.1 - π/4-DQPSK модулятор.
На следующем этапе в соответствии со структурной схемой в функциональных преобразователях вычисляются квадратурные компоненты комплексной огибающей сигнала.

Is_i=cos(φ_i) - синфазная компонента;

Qs_i=sin(φ_i) - квадратурная компонента.
Таблица 2.1

Дибит	Приращение фазового угла (Δφi)
00
01
10
11

Сформированный сигнал в точках а и b структурной схемы имеет вид последовательности дельтафункций с ограниченным набором нормированных значений амплитуды:

Импульсный сигнал поступает на формирующие фильтры низкой частоты (ФНЧ). Эти фильтры предназначены для формирования спектра радиосигнала и определенной формы его комплексной огибающей. Данные фильтры являются важнейшими элементами модулятора и демодулятора. Их характеристики отвечают определенным требованиям, которые будут рассмотрены ниже, здесь отметим лишь, что на их выходе квадратурные компоненты приобретают сглаженный вид, соответствующий импульсным характеристикам фильтров. Сглаженные квадратурные компоненты представим в следующем виде.

Is_i(t)=А_С(t)cos(φ_i); Qs_i(t)=A_S(t)sin(φ_i),

где А_C(t), А_S(t), - амплитуды компонент.



Рисунок 2.2 - Форма сигналов в отдельных точках модулятора.
На рисунке 2.2 с, d показана приблизительная форма квадратурных компонент без учета задержки сигнала в ФНЧ. Однако принципиальным является то, что квадратурные компоненты плавно меняются на интервале дибита. Генератор и фазовращатель формируют квадратурные колебания несущей или промежуточной частоты f₀. После попарного перемножения квадратурных компонент и суммирования получим π/4-DQPSK сигнал. Математически эти операции можно представить следующим образом:




Рисунок 2.3 - Отображение возможных положений фазы сигнала на комплексной плоскости при π/4-DQPSK модуляции.
Сформированный сигнал при необходимости переносится на несущую частоту, усиливается и излучается в эфир. Следует отметить еще одну важную особенность π/4-DQPSK модуляции. Из приведенных пояснений следует, что обработка каждого дибита связана с плавным изменением фазы сигнала. А, как известно, скорость изменения фазы можно рассматривать как частотную модуляцию. При π/4-DQPSK модуляции возможны две скорости изменения фазы: большая - при обработке дибитов, требующих изменения фазы на ±3π/4, и меньшая при изменении фазы на ±π/4. Значения девиации можно найти из выражения

где Т - длительность дибита.

Подставив известные значения: Т=1/18 кГц, Δφ₁=3 π/4, Δφ₂= π/4, получим Δf₁=6,75 кГц, Δf₂=2,25 кГц. Отсюда следует, что при передаче рассмотренного ранее поля коррекции частоты последовательно излучается частота на 6,75 кГц ниже несущей, затем на 2,25 кГц выше и снова на 6,75 кГц ниже, что позволяет при необходимости проводить синхронизацию несущей частоты на приемной стороне.

Таким образом, π/4-DQPSK модуляцию можно рассматривать как разновидность четырехуровневой частотной модуляции.

Из приведенного описания основных этапов формирования сигнала видно, что реализация модулятора может быть выполнена при широком использовании цифровых элементов. Например, учитывая периодичность тригонометрических функций и ограниченный набор значений фазовых углов, приведенная схема от входа до точек а и b может быть реализована с помощью известных схем дешифраторов, т. е. без математических вычислений.

Как отмечалось выше, прием π/4-DQPSK сигнала может осуществляться на демодуляторы различных типов. Наличие в сигнале четырехуровневой частотной модуляции позволяет принимать сигнал на обычный частотный детектор, однако при этом простота реализации детектора обменивается на ухудшение помехоустойчивости приема. Прием на когерентные демодуляторы, обладающие высокими характеристиками по помехоустойчивости, резко усложняет приемник.