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: 4 из 6

3 Схемотехнический расчет и выбор элементной базы

3.1 Выбор элементной базы

Конструктивно абонентскую станцию (АС), которую часто называют подвижной или мобильной станцией, выполняют как одноплатный приемопередатчик (рисунок. 3.1). В этой структуре к передатчику относятся формирователь радиосигналов и усилить мощности.


Рисунок 3.1 - Обобщенная структурная схема абонентской станции
Элементами приемного тракта являются: малошумящий усилитель радиочастоты (УРЧ), смеситель, усилитель промежуточной частоты (УПЧ) и демодулятора.

Блок обработки информационных сигналов (речи и данных), синтезатор частот и антенный коммутатор обеспечивают работу, как передатчика, так и приемника. Важные задачи в радиостанции возложены на процессорный блок. Кроме программного управления станцией процессорный блок выполняет значительную часть операций по обработке информационных сигналов при передаче и приеме.

В соответствии с обобщенной структурной схемой приемопередатчика современных ССПО, структурная схема передающего модуля приведена на рисунке. 3.2.

бонентский



Рисунок 3.2 - Структурная схема передатчика абонентской станции цифровой транкинговой связи.
Речевой сигнал с микрофона (МФ) преобразуется в аналогово-цифровом блоке (АЦБ) в цифровой вид с помощью импульсно-кодовой модуляции (ИКМ) и передаются в центральный процессор (ЦП) для выполнения всего комплекса процедур кодирования, перемежения, пакетирования и шифрования. Далее, поскольку в системах цифровой подвижной связи используют квадратурные виды модуляций, ЦП в соответствии с передаваемой последовательностью логических нулей и единиц осуществляет цифровой синтез двух модулирующих сигналов UMI и UMQ для реализации квадратурной модуляции.

Сигналы UMI , UMQ, сформированные ЦП, следуют в АЦБ, где с помощью ЦАП и ФНЧ их переводят в аналоговую форму и передают на формирователь радиосигнала, которую стабилизируют системой фазовой синхронизации. Стабилизацию частоты можно осуществить путем ее синхронизации внешним сигналом, либо от опорного кварцевого генератора.

Формирователь сигнала строят на интегральных схемах (ИС) с выходной мощностью до 5 дБм. Тракт усиления радиочастоты состоит из предварительного усиления (ПУ) и оконченного усилителя мощности (УМ). Далее следует фильтр гармоник (ФГ) и дуплексер.

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. Модуляция π/4-DQPSK позволяет формировать компактный спектр радиосигнала с малым уровнем внеполосных излучений при высокой скорости передачи информации и приемлемой помехоустойчивости.

Создавать устройства системы TETRA можно несколькими способами и на элементной базе различных производителей. Зачастую это происходит на базе DSP (цифровые сигнальные процессоры). В тоже время высокоинтегральные решения позволяют достигнуть пониженного энергопотребления и повышенной надежности с сохранением высокой произодительности DSP. Ярким примером таких интегральных решений выступают радиопроцессоры стандарта TETRA CMX980A и CMX981, которые производятся британской компанией CMX Microcircuits.

Схема включения микросхема CMX981 изображена на рисунке 3.3.

Микросхема CMX981 содержит модулятор π/4-DQPSK с цифровым фильтром, ЦАП и АЦП, демодулятор, усилитель.

Микросхема CMX981 способна решать следующие задачи:

• 
  Обеспечение интерфейса между аналоговой частями в цифровой радиостанции;
  
• 
  Выполнение большинства функций, обычно реализуемых на DSP;
  
• 
  Сокращение времени и расходов на проектирование по сравнению с программированием DSP;
  
• 
  Работа на более низкой тактовой частоте по сравнению с DSP системами.
  

Микросхема CMX981 является расширенной версией с CMX980A за счет нескольких усовершенствований:

• 
  Увеличена выходная мощность;
  
• 
  Увеличена чувствительность;
  
• 
  Улучшено энергопотребление;
  
• 
  Добавлен голосовой кодек;
  
• 
  Добавлены программируемые фильтры;
  
• 
  Добавлено усиление в аудиотракте.
  

Блок схема приемопередатчика на базе CMX981 показана на рисунке 3.4. Как видно из приведенной схемы, с помощью одного интегрального решения CMX Microcircuits можно выполнить большую и наиболее сложную часть функционала радиостанции.



Рисунок 3.3 - Микросхема CMX981



Рис. 3.4 - Блок схема приемо-передатчика TETRA на базе радиопроцессора CMX981

При выборе транзисторов для выходного каскада необходимо сравнить несколько типов транзисторов, обеспечивающих получение заданной мощности, а также обладающие такими необходимыми параметрами как: граничная частота, напряжение питания, коэффициент усиления. Были рассмотрены отечественные транзисторы которые представлены в таблице 3.1

Мощность в антенне составляет 1 Вт, тогда оконечный каскад усилителя мощности с учетом потерь на выходе фильтра должен иметь 2 Вт.
Таблица 3.1 – Параметры транзисторов

Тип	РК (Вт)	UКЭ (В)	h21	Fгр (МГц)
2T911А	3	5	15…80	300
2Т930А	75	5	15…100	400
2T941А	4	5	20	300

Выбираем транзистор 2Т941А.



Рисунок 3.5 – Внешний вид транзистора 2Т941А
Мощность предоконечного каскада рассчитывается исходя из того, что коэффициент усиления по мощности оконечного каскада примерно: К_Рок≈6,45 (Значение взято из справочника примерно [2], точность указана 0.01) тогда:

В целях унификации схемы усилителя мощности в предоконечном каскаде целесообразно использовать транзисторы того же типа, что и в оконечном каскаде. Тогда мощность входная мощность предоконечного каскада составит:





В современных системах радиосвязи с множественным доступом передаваемая РЧ мощность постоянно изменяется внутри заданного диапазона для того, чтобы оптимизировать баланс линии связи. В результате достигается два положительных эффекта: уменьшается уровень интерференционных помех для близких приемников, и уменьшается мощность, потребляемая передатчиком от источника питания.

Для эффективного функционирования многих систем необходимо производить адаптивную регулировку выходной мощности передающих устройств базовых станций и мобильных абонентских устройств, что отражается в соответствующих стандартах. Команда на изменение выходной мощности в виде цифрового кода вырабатывается в информационном блоке и поступает через ЦАП на узел регулировки мощности. Число дискретных уровней выходной мощности, шаг и диапазон регулировки зависит от конкретного стандарта.

В дополнение к рассмотренному виду управления выходной мощностью, называемому иногда «статическим», в TDMA системах с временным разделением должно происходить управляемое включение и выключение усилителей мощности в паузах между передачей РЧ посылок (информационных посылок). Это позволяет уменьшить проникновение сигнала в соседние каналы из-за расширения спектра формируемого РЧ сигнала, происходящего при коммутации передатчика. Формирование требуемой формы огибающей производится путем плавной коммутации или рампинга усилителя мощности передатчика с нормированными временами установления и спада (среза) формируемого выходного радиоимпульса в соответствии со спецификациями стандартов. Слишком крутые фронт и срез формируемой посылки приводят к расширению занимаемой полосы частот. С другой стороны. Они не должны быть слишком пологими, так как это может привести к потери информации из-за недостаточной мощности в начале и конце информационных пакетов. Такое управление трактом передачи называют динамической регулировкой выходной мощности передатчика.




Рисунок 3.6 – Управление выходной мощностью передатчика путем изменения напряжения питания


Наиболее простым образом управлять величиной выходной мощности УМ можно изменяя величину его напряжения питания (Supply Voltage Control Technique). В этом случае напряжение на РЧ усилитель мощности подается через полевой транзистор, к затвору которого приложено выходное напряжение усилителя с постоянным коэффициентом усиления. В данной схеме выходная РЧ мощность пропорциональна величине напряжения питания усилителя мощности Е_{пит УМ}. Полевой транзистор используется в схеме как регулируемое сопротивление, позволяющее изменять напряжение питания от 0 до Е_пит.

Управляющее напряжение U_упр необходимой формы для статистической и динамической регулировки мощности подается на вход дополнительного усилителя. Быстродействие устройств получается очень высоким, и эта методика, так же известная как многоуровневая модуляция (high-level modulation), использовалась ранее в мощных АМ передатчиках.

Чтобы предсказывать точно величину выходной мощности УМ в зависимости от управляющего напряжения, должны быть известны характеристики передачи системы, для чего производят калибровку устройства. При этом достаточно произвести измерение искомой зависимости Р_вых=f (U_упр) для двух точек и найти коэффициенты соответствующего линейного уравнения.

Рассмотренный метод управления РЧ усилителем мощности, использующий линейное соответствие между сигналом управления и выходным РЧ мощностью, имеет несколько достоинств:

– зависимость выходной мощности от управляющего напряжения получается с помощью достаточно простого процесса калибровки;

– необходимая форма РЧ пакета, удовлетворяющая требованиям временной маски, может быть легко получена путем подбора необходимого управляющего сигнала;

– выходные побочные составляющие, обусловленные процессом коммутации УМ, легко минимизируются.

Произведенные экспериментальные исследования показали, что при изменении выходной мощности в диапазоне, большем, чем 30 дБ, максимальная абсолютная ошибка управления составила 1.0 дБ. Однако во многих случаях такая точность управления УМ недостаточна для удовлетворения требований стандартов ССПО, что является недостатком рассматриваемого метода. Кроме того, ошибка управления резко увеличивается при изменении условий окружающей среды, рассогласовании нагрузки УМ и влиянии других факторов. Поэтому данный метод управления применяется в основном в простых радиопередающих устройствах.