Лекция 29

Назначение и структурная схема радиопередатчика

Основные этапы развития радиопередатчиков

Радиопередатчиками называются радио технические устройства служащие для генерирования, усилия по мощности и модуляции ВЧ и СВЧ колебаний, подводимых к антенне и излучающих в производство.

Под сигналом понимают колебание, несущее информацию.

Электромагнитный сигнал, излученный в пространство, называется радиосигналом.

Первые РПД разработанные (16.03.1859г. в Пермской обл.) А. С. Поповым и Маркони были искровыми.

Рис.1. Упрощенная схема радиоприемника Попова

Рис.2. Осциллятор Герца

7 мая 1895 г. В Петербургском Университете Попов впервые продемонстрировал свой чувствительный газоотметчик, принимающий колебания, излучаемые видоизмененным осциллятором Герца. Этот день отмечается как День Радио. Позже в 24 марта 1896г. он продемонстрировал созданный им искровой радиопередатчик, передав на расстояние в 250м из одного здания в другое азбукой Морзе первую в мире радиограмму. Она была записана на ленту телеграфического аппарата («Генрих Герц»)

Сущность осциллятора состояла в том, что к двум латунным стержням, на концах которых были закреплены шары, накалившие электрические заряды, подключалось индукционная катушка, создающая напряжение в несколько десятков киловольт. К другим концам стержней были прикреплены полированные шарики, зазор между которыми (искровой промежуток) составлял несколько миллиметров. Когда напряжение превышало напряжение пробоя, в зазоре вспыхивала искра и происходило возбуждение электромагнитных колебаний, длина волны =2l . Два стержня с шариками – вибратор.

Рис.3. Упрощенная схема радиопередатчика Попова

Рис.4. Упрощенный вариант радиопередатчика:

а – схема; б – график колебаний.

Когда К1 замкнута, К2 разомкнута и наоборот. При замыкании К1 конденсатор С заряжается до Е, при размыкании К1 и замыкании К2 в контуре возникает затухающий колебательный процесс. В радиопередатчике (рис. 4) роль контактных групп выполняет прерыватель, создающий при нажатом плече импульсы в первичной обмотке, при этом во вторичной обмотке возникает высокое напряжение, периодически приводившее к электрическому пробою разряднику, и в антенном контуре возникают затухающие колебания. Длительность посылки соответствующих тире и точка.

Рис. 3 в качестве электромагнитной волны Попов использовал осциллятор Герца (рис. 2), в котором генерация ВЧ колебаний является следствием искрового разряда, а в качестве регистратора усовершенствованный когерер – стеклянную трубку длиной 70 мм и диаметром 10 мм, наполовину засыпанную железными опилками. К внутренним стенкам трубки с разрывом 2 мм были прикреплены 2 тонкие пластины, шириной 2 мм. Когерер реагировал на электрические разряды, замыкая цепь электромагнитных реле, контакты которого замыкали цепь включения звонка.

После каждого приема сигнала Когерер необходимо было встряхивать, чтобы железные пластины вновь становились чувствительными к электрическим зарядам. Встряхивание происходило автоматически, с помощью звонка молоточек ударял по трубке Когерера. К Когереру Попов присоединил длинный провод увеличивающий чувствительность. Таким образом прибор стал реагировать на грозовые раскаты (от сюда название).

Упрощенная схема радиопередатчика Попова изображена на рис. 3. Чтобы понять, как происходила генерация ВЧ колебаний в таком передатчике, рассмотрим упрощенную схему (рис. 4). В радиопередатчике А. С. Попова присутствуют все необходимые элементы, обеспечивающие все основные функции передатчика. Генерация осуществляется путем преобразования энергии источника постоянного тока в энергию ВЧ колебаний с помощью прерывателя, антенного контура и искрового разрядника, а модуляция - с помощью ключа.

Затем стали использовать машинные генераторы (частотой 15 кГц, мощностью 2 кВт).

В дальнейшем выделяются 3 основные направления:

1) увеличение мощности генерируемых непрерывных колебаний; 2) уменьшение нестабильности частоты; 3) освоение более высоких диапазонов частот.

Эти проблемы решили электровакуумные приборы, которые сделали радиопередатчики более надежными, долговечными, малогабаритные.

РПД представляет собой сборку из отдельных каскадов и блоков. К наиболее важным относятся:

автогенератор или генератор с самовозбуждением, является источником ВЧ и СВЧ. В зависимости от стабилизации частоты различают кварцевые или бескварцевые;

генератор с внешним или независимым возбуждением является усилителем ВЧ или СВЧ сигнала по мощности. В зависимости от ПП различают узко и широкополосные генераторы.

Умножитель частоты;

Преобразователь частоты, предназначен для смещения частоты колебаний на требуемую частоту;

Делитель частоты;

Частотный модулятор, предназначен для фазовой модуляции;

Фазовый модулятор;

Фильтры, для пропускания сигнала только в определенной полосе частот. Различают полосовые, НЧ, ВЧ и режекторные фильтры;

Согласующие устройства, служащие для согласования выходного сопротивления радиопередатчика с входным сопротивлением антенны.

К числу основных блоков, составляемых из каскадов относится:

Блок ВЧ или СВЧ сигнала по мощности, составляет из последовательно включенных генераторов с внешним возбуждением;

Блок умножителя частоты, использующий в случае большого коэффициента умножителя;

Синтезатор частот, служит для образования дискретного множества частот;

Возбудитель, включающий синтезатор частот, частотный или фазовый модулятор;

Амплитудный модулятор;

Импульсный модулятор;

АФУ, соединяющий выход РПД с антенной и содержащий фильтр, направленный ответвитель, ферритовое однонаправленное и согласующее устройства;

Блоки автоматического регулирования, служащие для стабилизации параметров РПД. Строятся на основе микропроцессора.

Переход с одной частоты на другую осуществляется с помощью электрического коммутатора. При большом числе работающих частот возбудитель представляет собой цифровой синтезатор частот, построенный на основе большой интегральной схемы (БИС).

Принцип функционирования передатчиков диспетчерской связи.

В диспетчерской связи наибольшее применение находят передатчики с аппаратной модуляцией, используемые для радиообмена в телефонном режиме.

Рис.1 Структурная схема приемника диспетчерской связи

Принимаемый сигнал поступает из антенны во входную цепь (ВЦ), представляющую собой резонансную колебательную систему, состоящую из катушек индуктивностей и конденсаторов. Она настраивается на частоту сигнала "fc принимаемой станции и пропускает его к усилителю высокой частоты (УВЧ). Такой усилитель содержит в качестве нагрузки, колебательный контур, который также настраивается на частоту сигнала f с.

Полоса пропускания колебательного контура связана с его добротностью соотношением.

2 Δ f c = f рез / Q

где f рез - частота резонанса;

Q - добротность контура.

Выражение (1.1) в первом приближении относится и к более сложным многоконтурным системам.

Добротность Q мало меняется с частотой. Внутри диапазона волн она практически остается постоянной. Ориентировочные значения добротности контуров для различных диапазонов указаны в табл. 2. Там же приведены данные о полосе пропускания, рассчитанные по выражение (1.1) для одной из частот каждого диапазона.

Задающий генератор такого передатчика (ЗГ) предназначен для формирования колебаний несущей частоты fо с высокой стабильностью, при которой обеспечивается беспорядочное ведение связи. Допустимая относительная нестабильность f o в диапазоне УКВ составляет (10÷50) 10 -6 , а в диапазоне КВ не превышает (0,5÷50) 10 -6 . Указанные величины достигаются применением кварцевой стабилизации частоты и размещением генераторов в термостате.

Беспоисковое установление связи в современных передатчиках обеспечивается путем формирования в ЗГ дискретной, сетки рабочих частот с возможностью выделения любой из них. Это достигается использованием в качестве ЗГ синтезаторов частоты. Шаг сетки частот в той части диапазона УКВ, которая отводится для диспетчерской радиосвязи (118-136 МГц), составляет по нормам ICAO 25 кГц, что позволяет получить 720 фиксированных волн связи. В диапазоне КВ (2-30 МГц) интервал между соседними частотами сетки составляет 100 Гц, а число фиксированных волн достигает 280 тыс.

Стабильность частоты ЗГ в значительной мере зависит от нагрузки, параметры которой могут изменяться при перестройке передатчика и под действием различных дестабилизирующих факторов (напряжения питания, температуры, влажности воздуха и др.). Для предотвращения подобного влияния между ЗГ и последующими каскадами передатчика устанавливается буферный усилитель (БУ) обладающий высоким входным сопротивлением и представляющий для ЗГ ничтожную нагрузку. Попутно БУ выполняет функцию предварительного усилителя высокой частоты, развивая мощность, необходимую для работы следующего усилителя.

Усилитель мощности (УМ) предназначен для получения требуемого уровня мощности сигнала в антенне передатчика. Амплитуда несущей частоты подвергается модуляции в УМ. Для этого изменяют его коэффициент усиления в соответствии с мгновенным значением модулирующего сигнала. Коэффициентом усиления УМ можно управлять по-разному. Чаще всего используют ток питания УМ, изменяя его по закону модулирующего сигнала. Достаточный уровень тока получают ст модулятора М, представляющего собой усилитель низкой частоты, нг вход которого подается сигнал от микрофона Мк.

Глубина модуляции m зависит как от амплитуды звукового сигнала на входе М, так и от его коэффициента усиления. Для предотвращения паре модуляции, вызываемой повышением громкости звуков перед микрофоном, применяется автоматическая регулировка глубины модуляции (АРГМ). Ее сущность заключается в уменьшении коэффициента усиления М с ростом среднего значения m на выходе передатчика и аналогична принципу действия АРУ приемника.

Кварцевая стабилизация частоты передатчика

Формирование колебаний несущей частоты в передатчике обеспечивается генератором с самовозбуждением, входящим в состав блока возбудителя. Как известно, такой генератор состоит из усилительного элемента (в качестве которого применяется транзистор, электронная лампа или диод, обладающий отрицательным сопротивление), колебательного контура и цепи обратной связи.

В свободном контуре возникающие по какой-либо причине электрические колебания затухают вследствие рассеяния энергии. Эти потери можно компенсировать включением в контур отрицательного сопротивления, «например в виде туннельного диода, или путем усиления колебаний и передачи части их энергии в контур по цепи обратной связи.

Генераторы с самовозбуждением широко используют емкостную связь (рис.3), особенно в диапазоне УКВ.

Колебательный контур состоит из катушки индуктивности L к, и емкости, образованной двумя последовательно соединенными конденсаторами С к и Ссв. Возникшие в нем колебания при включении источника тока создают на Сов гармоническое напряжение, которое усиливается транзистором и оказывается приложенный к контуру. Если фаза этого напряжения совпадает с фазой колебания, вызвавшего его появление, а амплитуда достаточна для компенсации.

Таким образом, условием самовозбуждения генератора является баланс амплитуд и фаз в петле обратной связи. В качестве элементов колебательного контура может- быть использован кварцевый резонатор. Он представляет собой пластину, вырезанную из кристалла кварца и обладающую пьезоэффектом.

Рис. 3 Емкостная трехточка с кварцевой стабилизацией частоты

Под действием электрического поля в кварцевой пластине возникает механическое усилие, приводящее к ее деформации. Изменение полярности прикладываемого напряжения приводит к изменению направления действия силы. Поэтому переменное напряжение, приложенное к кварцу, заставляет, его колебаться, а если частота приближается к частоте механического резонанса, то амплитуда колебаний оказывается значительной. Эти колебания обладают высокой стабильностью, а сопутствующее им изменение электрических зарядов на поверхностях пластины позволяет включить ее в схему генератора (рис. 4)

Электрическим эквивалентом кварцевого резонатора является колебательный контур (рис. 5). Эквивалентами массы, упругости и потерь на трение являются элементы L кв, С кв и г. Емкость держателя, в котором укрепляется пластина кварца, отображается элементом С дер.

Рис.4 Эквивалентная схема кварцевого резонатора

Рис.5 Резонансная характеристика кварцевого резонатора

Такой контур обладает двумярезонансами - последовательным f рез 1 и параллельным f peз2 , причем f рез1 < f рез2 (рис.6). Между ними сопротивление эквивалентной схемы имеет индуктивный характер. Поэтому кварцевым резонатором можно заменить элемент 1к схемы генератора (см. рис.3), получая схему с кварцевой стабилизацией частоты (см. рис. 4). Практически последовательно с кварцем включают дополнительно катушку индуктивности для компенсации емкостной составляющей кварцевого контура и получения требуемых фазовых соотношений.

Крутизна характеристики кварца пропорциональна его добротности. Чем круче резонансная характеристика, тем меньше отличается частота установившихся колебаний от f рез1 так как для получения необходимой величины индуктивного сопротивления между базой и коллектором транзистора требуется меньший сдвиг частоты.

Увеличение дробности приводит к возрастанию энергии колебаний, запасаемой кварцевым резонатором по сравнению с энергетическими запасами в других элементах генератора, влияющих на его нестабильность (например, в емкостях р- n - переходов транзистора). Поэтому дестабилизирующее влияние указанных элементов значительно ослабляется при использовании в генераторе кварца, добротность которого составляет Q = (20÷30) тыс., а в случае помещения в вакуумную колбу - 500 тыс.

С понижением резонансной частоты кварца возрастают величины реактивных составляющих его импеданса. Поэтому реактивные элементы генератора, оказывающие дестабилизирующее воздействие, влияют слабее и относительная нестабильность кварцевого генератора понижается.

Кварцевые генераторы могут работать на основной гармонике в диапазоне частот от 4 кГц до 10 МГц. Низкочастотный предел обусловлен трудностью получения больших пластин кварца. Высокочастотный предел определяется тем, что чрезвычайно тонкая пластина является слишком хрупкой. Более высокие частоты могут генерироваться с использованием высших гармоник колебаний кварца или, что более распространено, с применением основных колебаний и умножением частоты.

Мощность, которую можно стабилизировать с помощью кварцевого генератора, ограничивается на низких частотах опасностью разрушения пластины от механических напряжений, обусловленных значительными амплитудами колебаний, а на высоких - опасностью перегрева кварца вследствие рассеяния в нем энергии высокой частоты. Для достижения высокой стабильности кварцевый генератор должен обладать малой мощностью.

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.

Структурная схема РПДУ

Разнообразные типы радиопередатчиков выполняются как комбинация соответствующих каскадов и блоков. Обобщенная структурная схема РПДУ представлена на рис. 2.1. Возбудитель служит для формирования сетки рабочих частот с требуемой стабильностью. При небольшом числе рабочих частот возбудитель строится по принципу «кварц - волна», что означает: каждой из частот соответствует свой кварцевый автогенератор. Переход с одной частоты на другую осуществляется с помощью электронного коммутатора.

При большом числе частот возбудитель представляет собой цифровой синтезатор частот, в состав которого входит кварцевый автогенератор, называемый опорным, делитель с переменным коэффициентом деления (ДПКД) и устройство автоматической подстройки частоты. Такой синтезатор может быть построен на основе большой интегральной микросхемы. Частота кварцевых автогенераторов обычно не превышает 100 Гц. Поэтому при частоте передатчика больше данного значения в устройство включаются умножители частоты, повышающие частоту сигнала в необходимое число раз. Получение требуемой выходной мощности радиопередатчика осуществляется с помощью блока усиления мощности, каскадно-включенных ВЧ или СВЧ генераторов с внешним возбуждением. При выходной мощности передатчика, превышающей мощность одного прибора, в выходном каскаде происходит суммирование мощностей генераторов. Между выходным каскадом радиопередатчика и антенной включается антенно-фидерное устройство (АФУ). В состав АФУ входят: фильтр для подавления побочных излучений радиопередатчика, датчики падающей и отраженной волны и согласующее устройство. При работе в СВЧ диапазоне вместо последнего обычно применяется ферритовое однонаправленное устройство - вентиль или циркулятор. Частотная модуляция осуществляется в возбудителе радиопередатчика, фазовая - в возбудителе или ВЧ умножителях и усилителях, амплитудная и импульсная - в ВЧ усилителях. С помощью блока автоматического управления выполняются автоматическая стабилизация параметров радиопередатчика (в первую очередь, мощности и температурного режима), защита при нарушении нормальных условий эксплуатации (например, при обрыве антенны) и управление (включение-выключение, перестройка по частоте). При составлении и расчете структурной схемы транзисторного радиопередатчика исходят из его назначения, условий работы и следующих основных параметров: - выходной мощности, подводимой к антенне; - диапазона рабочих частот, стабильности частоты, вида модуляции и характеристик модулирующего сигнала.

Общий коэффициент усиления сигнала по мощности радиопередатчика

где - мощность сигнала, поступающего в антенну;

Коэффициент передачи АФУ; - мощность сигнала возбудителя (обычно <10... 20 МВт).

Тот же параметр, выраженный в децибелах относительно мощности в 1 Вт: (2.1)

где , - мощность, Вт.

Общий коэффициент умножения по частоте

где - диапазон частот радиопередатчика; - диапазон частот возбудителя.

Исходя из значения , равного произведению коэффициентов умножения отдельных каскадов, определяется число умножителей, каждый из которых имеет значение =2...3.

Общий коэффициент усиления сигнала по мощности радиопередатчика есть произведение коэффициентов усиления отдельных каскадов. Выбрав тип электронного прибора в каждом из каскадов и определив по справочнику или рассчитав значения коэффициентов усиления данных приборов, можно составить структурную схему проектируемого радиопередатчика. Рассмотрим пример при следующих исходных данных: мощность сигнала, передаваемого в антенну, =20 Вт; коэффициент передачи АФУ составляет 0,8 или 1 дБ; мощность возбудителя =5 МВт. Согласно (2.1) общий коэффициент усиления сигнала по мощности радиопередатчика

Например, при коэффициенте усиления одного электронного прибора, равном 10 дБ, т.е. в 10 раз по мощности, для получения общего коэффициента усиления в 37 дБ потребуется четыре последовательно включенных ВЧ генератора - усилителей мощности ВЧ колебаний.

2.4. Параметры радиопередатчика

К основным параметрам радиопередатчика, характеризующим его технические показатели, относятся:

диапазон частот несущих колебаний ;

число частот N внутри этого диапазона. В самом простом случае радиопередатчик может быть одночастотным и тогда ;

шаг сетки рабочих частот в заданном диапазоне, определяемый согласно выражению

где . Радиопередатчик может работать на любой из фиксированных частот внутри диапазона (рис. 2.2). Например, радиопередатчик системы УКВ самолетной радиосвязи работает в диапазоне частот 118...136 МГц при шаге =25 кГц, общее число частот согласно (3.1) N=721.

Недопустимо излучение радиопередатчика не только вне закрепленного за ним диапазона частот , но и на частоте, отличной от фиксированной сетки частот, например между частотами и ; нестабильность частоты несущих колебаний. Различают абсолютную и относительную нестабильность частоты, долговременную и кратковременную.

Абсолютной нестабильностью частоты называется отклонение частоты излучаемого радиопередатчиком сигнала от номинальногo значения частоты . Например, =120 МГц, а фактически радиопередатчик излучает сигнал с частотой =119,9994 МГц. Следовательно, абсолютная нестабильность частоты

120 - 119,9994 МГц = 0,0006 МГц = 0,6 кГц. Относительной нестабильностью частоты называется отношение абсолютной нестабильности частоты к ее номинальному значению:

(2.4)

Согласно (2.4) в рассмотренном примере относительная нестабильность

=0,000005= .

В современных радиопередатчиках относительная нестабильность частоты обычно не превышает (2...3) . Но в некоторых случаях, например системах радионавигации, к этому параметру предъявляются еще более жесткие требования: в них следует иметь .

В режиме несущих колебаний радиопередатчик излучает сигнал

где - частота несущих колебаний.

Рис. 2.3. Спектры несущего и модулированного колебаний

Для этого спектра выделяется определенная полоса частот , При этом следует соблюдать неравенство , т.е. спектр сигнала должен укладываться в выделенную для него полосу. В противном случае излучения одного радиопередатчика могут мешать другим радиопередатчикам, проникая в выделенные для них полосы излучения.

выходная мощность несущих колебаний - активная мощность, поступающая из радиопередатчика в антенну. Антенна имеет входное комплексное сопротивление . Поэтому при измерении выходной мощности радиопередатчика антенна может быть заменена эквивалентным сопротивлением . Мощность, рассеиваемая в активной составляющей сопротивления , и есть выходная мощность радиопередатчика , излучаемая антенной (рис. 2.4, а).

Мощность можно определить и вторым способом при непосредственном подключении радиопередатчика к антенне. По связывающему их фидеру распространяются две волны: в прямом направлении - падающая, в обратном - отраженная от антенны (рис. 2.4, б). При этом мощность радиопередатчика (2.5)

где - мощность падающей волны; - мощность отраженной волны;

суммарная мощность, потребляемая радиопередатчиком от источника или блока питания по всем цепям,

коэффициент полезного действия, или промышленный КПД, определяемый как отношение выходной мощности радиопередатчика к потребляемой: .

Вид модуляции и определяющие его параметры. При амплитудной модуляции таким параметром является коэффициент модуляции , при частотной - девиация частоты , A при фазовой - девиация фазы при импульсной - длительность импульса и период их повторения Т. Параметры передаваемого сообщения. Таким сообщением может быть речевая, факсимильная, телевизионная, телеметрическая и другая разнообразная информация, в том числе и считываемая с компьютера. Сообщение может передаваться в форме аналогового (рис. 2.5, а) или цифрового сигнала (рис. 2.5, б). При аналоговом сообщении основным характеризующим его параметром является полоса частот спектра сигнала, при цифровом - число бит в секунду (битом называется единица цифровой информации при двоичном коде это 1 или 0). Параметры, характеризующие допустимые искажения передаваемого сообщения. В результате процесса модуляции, т.е. наложения на несущие колебания исходного сообщения, последнее претерпевает некоторые изменения или, иначе говоря, искажается. В каждом конкретном случае устанавливается вид и норма на эти искажения. Например, при передаче сообщения в виде синусоидального сигнала таким параметром является коэффициент нелинейных искажений, определяющий появление в исходном сигнале 2, 3-й и последующих гармоник.

Рис. 2.6. Нелинейные преобразования сигнала

На некоторых частотах эта норма может достигать -100 дБ, - 110 дБ и т.д. Нормы, связанные с управлением радиопередатчика: время установления в нем нормального режима работы после включения, время перехода с одной частоты несущей на другую, режим полной или частичной мощности излучения и другие требования. Нормы на надежность и долговечность, массу и габаритные размеры радиопередатчика устанавливают в соответствии с общими нормами для радиотехнической аппаратуры. В радиопередатчиках повышенной мощности устанавливаются специальные нормы, диктуемые техникой безопасности.

Структурная схема передающего устройства состоит из следующих блоков: устройства управления (УУ), буферного накопителя (БН), кодирующего устройства, устройства формирования старта (УФС), блока аварийной сигнализации и индикации (БАСИ), устройства формирования информационного блока (УФИБ), блока начальной установки (БНУ), ключевой схемы, счетчика переданных бит и двух генераторов тактовых импульсов (ГТИ).

Если какой-либо из 6 источников готов передавать данные, то он формирует сигнал «готов», который фиксируется устройством управления. Причем, одновременно информация может передаваться от одного источника. По данному сигналу в УФИБ и БАСИ помещается адрес передающего источника, а в БН информация от активного источника. По окончанию заполнения БН, УУ приостанавливает прием информации от источника и формирует сигнал «формировать», по которому адрес источника и информация от него становятся единой информационной посылкой. За формированием информационного блока следует формирование стартовой комбинации. УУ коммутирует ключевую схему для посылки стартовой комбинации в канал связи (КС), а затем для передачи информационной части. Далее информационный блок поступает на кодер и посылается в КС.

БАСИ представляет собой набор индикаторов, отображающих работу схемы. БНУ формирует импульс установки всех остальных блоков в исходное состояние. ГТИ 1 предназначен для переключения состояний УУ, ГТИ 2 включается только на время передачи данных в канал связи, что повышает синхронность работы приемной и передающей частей. Счетчик переданных бит предназначен для формирования сигнала конца передачи информационного блока.

Структурная схема передающего устройства представлена на рисунке 3.1.

Рисунок 3.1 - Структурная схема передающего устройства

Разработка структурной схемы приемного устройства

Структурная схема принимающего устройства состоит из следующих блоков: УУ, буферного накопителя данных, буферного накопителя адреса, декодирующего устройства, устройства выявления старта (УВС), БАСИ, БНУ.

Декодер предназначен для декодирования информации, которая поступает из КС. Буферные накопители принимают данные от декодирующего устройства. Функциональное назначение остальных элементов аналогично назначению одноименных элементов в передающей схеме.

Структурная схема принимающего устройства представлена на рисунке 3.2

Рисунок 3.2 - Структурная схема принимающего устройства

Алгоритм работы передатчика изображен на рисунке 3.3.

При включении питания передающего устройства сигнал поступает на БНУ, который устанавливает все остальные блоки в начальное состояние. Затем УУ подаст сигнал на БАСИ о наличии питания. После этого схема перейдет в режим ожидания готовности одного из источников передавать информацию. При получении сигнала от источника в БАСИ индицируется определенный сигнал, в соответствии с адресом активного источника.

Если посылка не сформирована, то передаются все биты адреса и информационной части в УФИБ, после чего формируется информационная посылка.

Если посылка сформирована, то на время ее передачи в КС происходит остановка чтения информации от активного источника.

Так как в метод передачи данных старт-стопный, то перед тем, как посылать информацию, предварительно отправляется в КС стартовая комбинация. После чего, информационная посылка кодируется и отправляется в КС.

Рисунок 3.3 - Алгоритм работы передатчика

УВС выявляет стартовую комбинацию из КС, после чего УУ запустит ГТИ, установит БНА и БНД в режим записи. Декодер декодирует информацию поступающую из канала связи. Декодированная информация поступает на БНА и БНД. По завершению nб тактов УУ остановит ГТИ, переведет БНА и БНД в режим чтения, подаст сигнал «готов» для ООД и перейдет в состояние ожидания старта.

Алгоритм работы приемника изображен на рисунке 3.4.

Рисунок 3.4 - Алгоритм работы приемника

Вывод к главе 3

В результат выполнения заданий данной главы получены структурные схемы передающего и принимающего устройств ССПИ, а так же алгоритмы их работы, что дает возможность выполнения более детального построения ССПИ - функциональных схем.

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.