Cum se măsoară puterea unui semnal radio de o anumită frecvență. Parametrii de bază ai semnalului radio. Lucrează într-un laborator de calculatoare


Exercițiu. 3

Partea teoretică. 4

Dispoziții de bază. 4

Unități de măsurare a nivelurilor de semnal radio. 5

Modelul Okamura-Hata. 7

Model COST231-Hata. 8

Model COST 231-Walfisch-Ikegami. 8

Rezultatele cercetării. unsprezece


Exercițiu

1. Efectuați studii comparative ale modelelor empirice de atenuare a undelor radio Okamura-Hata, COST 231-Hata și COST 231 Walfish-Ikegami cu caracteristicile date ale canalului de comunicare pentru opțiunea 4 din ghid;

3. Întocmește un raport de lucru cu următoarele secțiuni: 1) temă, 2) partea teoretică (text atașat) și 3) rezultatele cercetării - două figuri cu câte trei grafice.

Notă: calculul modelului COST231Walfisch-Ikegami se efectuează numai pentru cazul liniei de vedere.


Partea teoretică

Dispoziții de bază

Cercetările privind propagarea undelor radio în mediile urbane sunt de mare importanță în teoria și tehnologia comunicațiilor. Într-adevăr, cel mai mare număr de rezidenți (abonați potențiali) locuiește în orașe, iar condițiile de propagare a undelor radio diferă semnificativ de propagarea în spațiul liber și spațiul semiliber. În acest din urmă caz, propagarea pe suprafața obișnuită a pământului este înțeleasă atunci când diagrama de radiație nu se intersectează cu suprafața pământului. În acest caz, cu antene direcționale, atenuarea undelor radio este determinată de formula:

L = 32,45 + 20(lgd km + lgf MHz) – 10lgG per – 10lgG per, dB =

= L 0 - 10lgG per – 10lgG per, dB. (1)



Unde L 0 – atenuarea de bază a spațiului liber, dB;

d km– distanța dintre emițător și receptor, km;

f MHz– frecventa de operare, MHz;

banda GȘi G pr sunt câștigurile antenelor de transmisie și, respectiv, de recepție, dBi.

Slăbire majoră L 0 se determină cu antene izotrope, care radiază uniform în toate direcțiile și, de asemenea, primesc. Prin urmare, atenuarea are loc din cauza disipării energiei în spațiu și a unei mici intrări la antena de recepție. Când se utilizează antene direcționale cu fasciculul lor principal orientat unul spre celălalt, atenuarea scade conform ecuației (1).

Obiectivul studiului este de a determina canalul radio care transportă mesajul (semnal radio), care asigură calitatea și fiabilitatea necesară comunicării. Canalul de comunicație în condiții urbane nu este o cantitate deterministă. Pe lângă canalul direct dintre emițător și receptor, există interferențe cauzate de numeroase reflexii de la sol, pereții și acoperișurile clădirilor, precum și trecerea unui semnal radio prin clădiri. În funcție de poziția relativă a emițătorului și receptorului, pot exista cazuri în care nu există un canal direct și semnalul cu cea mai mare intensitate trebuie considerat semnal recepționat la receptor. În comunicațiile mobile, când antena receptorului abonatului se află la o înălțime de 1 - 3 metri de sol, aceste cazuri sunt dominante.

Natura statistică a semnalelor primite necesită ipoteze și constrângeri în cadrul cărora pot fi luate decizii. Ipoteza principală este staționaritatea procesului aleatoriu cu independența zgomotului de interferență unul față de celălalt, adică absența corelației reciproce. Implementarea unor astfel de cerințe a condus la


împărțirea canalelor de comunicații radio urbane în trei tipuri principale: Canalele Gaussian, Ricean și Rayleigh.

Canalul Gaussian se caracterizează prin prezența unui fascicul direct dominant și interferență scăzută. Așteptarea matematică a atenuării semnalului radio este descrisă de legea normală. Acest canal este inerent semnalelor de televiziune de la un turn de televiziune atunci când sunt recepționate de antene colective de pe clădirile rezidențiale. Canalul Rice se caracterizează prin prezența razelor directe, precum și a razelor reflectate și transmise prin clădiri și prezența difracției pe clădiri. Așteptarea matematică a atenuării semnalului radio este descrisă de distribuția Rice. Acest canal este inerent rețelelor cu antenă ridicată deasupra clădirilor din zonele urbane.

Canalul Rayleigh se caracterizează prin absența razelor directe și semnalul radio ajunge la stația mobilă din cauza reflexiilor. Așteptarea matematică a atenuării semnalului radio este descrisă de distribuția Rayleigh. Acest canal este tipic pentru orașele cu clădiri înalte.

Tipurile de canale și funcțiile lor de densitate sunt luate în considerare la dezvoltarea modelelor de propagare a semnalului în medii urbane. Cu toate acestea, statisticile generalizate nu sunt suficiente atunci când se calculează condiții specifice de propagare, în care atenuarea semnalului depinde de frecvență, înălțimea antenei și caracteristicile clădirii. Prin urmare, odată cu introducerea comunicațiilor celulare și nevoia de planificare spațială a frecvenței, au început să fie efectuate studii experimentale de atenuare în diferite orașe și condiții de propagare. Primele rezultate ale cercetării axate pe comunicațiile mobile celulare au apărut în 1989 (W.C.Y.Lee). Totuși, chiar și mai devreme, în 1968 (Y. Okumura) și în 1980 (M. Hata), au fost publicate rezultatele studiilor de atenuare a undelor radio în oraș, axate pe comunicațiile prin trunking mobil și transmisia de televiziune.

Au fost efectuate cercetări ulterioare cu sprijinul Uniunii Internaționale de Telecomunicații (ITU) și au avut ca scop clarificarea condițiilor de aplicabilitate a modelelor.

Mai jos luăm în considerare modelele care au devenit cele mai răspândite în proiectarea rețelelor de comunicații pentru medii urbane.

Unități de măsură ale nivelurilor semnalului radio

În practică, pentru evaluarea nivelului semnalelor radio se folosesc două tipuri de unități de măsură: 1) bazate pe unități de putere și 2) pe bază de unități de tensiune. Deoarece puterea la ieșirea antenei emițătorului este cu multe ordine de mărime mai mare decât puterea la intrarea antenei receptorului, sunt utilizate mai multe unități de putere și tensiune.

Multiplii unităților sunt exprimați în decibeli (dB), care sunt unități relative. Puterea este de obicei exprimată în miliwați sau wați:


P dBm = 10 log (P/1 mW),(2)

P dBW = 10 log (P/ 1 W).(3)

De exemplu, o putere egală cu 100 W în aceste unități va fi egală cu: 50 dBm sau 20 dBW.

Unitățile de tensiune se bazează pe 1 µV (microvolt):

U dBµV = 20 log (U/ 1 µV). (4)

De exemplu, o tensiune de 10 mV este egală cu 80 dBµV în unități relative date.

Unitățile de putere relativă sunt utilizate, de regulă, pentru a exprima nivelul semnalului radio al emițătorului, unitățile de tensiune relativă sunt folosite pentru a exprima nivelul semnalului receptorului. Relația dintre dimensiunile unităților relative poate fi obținută pe baza ecuației P=U2/R sau U 2 = PR, Unde R este impedanța de intrare a antenei, potrivită cu linia care duce la antenă. Luând logaritmul ecuațiilor de mai sus și ținând cont de ecuațiile (2) și (4), obținem:

1 dBm = 1 dBµV – 107 dB la R= 50 ohmi; (5a)

1 dBm = 1 dBµV – 108,7 dB at R= 75 ohmi. (5 B)

Pentru a exprima puterea emițătorului, caracteristica este adesea folosită - putere radiată efectivă - ERP. Aceasta este puterea transmițătorului ținând cont de câștig (KU = G) antene:

ERP (dBW) = P (dBW) + G (dBi). (6)

De exemplu, un transmițător de 100 W conduce o antenă cu un câștig de 12 dBi. Atunci EIM = 32 dBW, sau 1,3 kW.

Când se calculează zonele de acoperire ale unei stații de bază celulare sau aria de acoperire a unui transmițător de televiziune terestru, ar trebui să se țină cont de câștigul antenei, adică să se utilizeze puterea radiată efectivă a transmițătorului.

Câștigul antenei are două unități de măsură: dBi (dBi)– câştig relativ la o antenă izotropă şi dBd– câştig relativ la dipol. Ele sunt legate între ele prin relație:

G (dBi) = G (dBd) + 2,15 dB. (7)

Trebuie luat în considerare faptul că câștigul antenei al stației de abonat este de obicei considerat zero.


Modelul Okamura-Hata

Versiunea principală a modelului de către Okamura și coautorii săi este concepută pentru următoarele condiții de aplicare: interval de frecvență (150 - 1500) MHz, distanța dintre stațiile mobile și stațiile de bază - de la 1 la 100 km, înălțimea antenei stației de bază - de la 30 la 1000 m.

Modelul se bazează pe compararea atenuării în oraș cu atenuarea în spațiul liber, luând în considerare componentele de corecție în funcție de frecvența, înălțimea antenelor stațiilor de bază și mobile. Componentele sunt prezentate sub formă de grafice. Distanțele lungi și înălțimile stațiilor de bază sunt mai potrivite pentru transmisia de televiziune decât pentru comunicațiile celulare. În plus, rezoluția graficelor este scăzută și mai puțin convenabilă decât descrierea analitică.

Hata a aproximat graficele lui Okamura cu relații analitice, a redus intervalul de frecvență la 1500 MHz (Okamura a fost supraestimat și nu a îndeplinit fiabilitatea necesară pentru evaluarea atenuării), a redus intervalul de distanțe de la unu la douăzeci de kilometri și, de asemenea, a redus înălțimea antena stației de bază la 200 de metri și a făcut clarificări asupra unor componente ale modelului lui Okamura. Ca urmare a modernizării Hata, modelul a fost denumit Okamura-Hata și este popular pentru evaluarea atenuării semnalelor TV și în comunicațiile celulare în intervalul de până la 1000 MHz.

Pentru oraș, puterea slăbită Lîn decibeli (dB) este descris prin formula empirică:

L,dB=69,55 + 26,16 lgf - 13,83 lg +(44.9-6,55 lg d– a( ), (8)

Unde f– frecvența în MHz,

d- distanța dintre stația de bază și stația de abonat (mobil) în km,

Înălțimea antenelor de la stațiile de bază și de abonat.

În formula (8) componenta A() determină influența înălțimii antenei stației de abonat asupra atenuării puterii semnalului.

Pentru un oraș mediu și o înălțime medie a clădirii, această componentă este determinată de formula:

A( ) = (1,1 lgf – 0,7)– 0,8, dB. (9)

Pentru un oraș cu clădiri înalte A() este determinată de formula:

A( ) = 8,3 (log 1.54) 2 – 1.1 pentru f< 400 МГц; (10)

A( ) = 3,2 (lg 11,75) 2 – 5 pentru f> 400 MHz. (unsprezece)


În zonele suburbane, pierderile de propagare a semnalului depind mai mult de frecvență decât de înălțimea antenei stației de abonat și, prin urmare, componenta Δ este adăugată la ecuația (8) ținând cont de ecuația (9) L,dB, definit de ecuația:

Δ L,dB = - 5,4 – (lg (0,036 f)) 2. (12)

În zonele deschise Δ L,dB pentru antene izotrope este descrisă de ecuația:

Δ L,dB = - 41 – 4,8 (L'g f) 2 + 18,33L'g f. (13)

Dezavantajul modelului Okamura-Hata este că gama de frecvență este limitată la 1500 MHz și nu poate fi folosit pe distanțe mai mici de un kilometru.

În cadrul proiectului COST 231 al Uniunii Europene (Cooperare pentru cercetare științifică și tehnică), au fost dezvoltate două modele care au abordat deficiențele remarcate ale modelului Okamura-Hata. Aceste modele sunt discutate mai jos.

Model COST231-Hata

1 , < 200m, 1 < < 10m.

Modelul vă permite să estimați atenuarea folosind formula:

L= 46,3 + 33,9 log f – 13,8 lgh b – a(h a) + (44,9 – 6,55lgh b) lg d + C, dB, (14)

Unde CU= 0 pentru orașe medii și zone suburbane și CU= 3 pentru centrele marilor orașe.

Acest model nu este potrivit pentru evaluarea atenuării semnalului la distanțe între abonat și stațiile de bază mai mici de 1 km. La distanțe scurte, caracterul dezvoltării este mai pronunțat. Pentru aceste cazuri a fost dezvoltat modelul COST231-Walfisch-Ikegami.

7.9 Măsurarea parametrilor în sistemele de radiofrecvență Măsurarea funcției BER (C/N)


Tehnicile moderne de măsurare BER utilizează diverse scheme, dintre care se pot distinge două principale.

Orez. 7.16. Schema metodei atenuatorului reglabil.

În această metodă, în calea de frecvență radio a receptorului este inclus un atenuator reglabil, cu ajutorul căruia se introduce o atenuare suplimentară, iar stabilitatea semnalului de recepție este presupusă a fi constantă pe tot parcursul timpului de măsurare. Nivelurile de semnal și de zgomot sunt măsurate cu ajutorul unui contor de putere, iar măsurarea zgomotului pe calea de frecvență intermediară a receptorului fără filtrare dă o valoare mai mare decât puterea reală a zgomotului în banda de funcționare a căii. Prin urmare, atunci când se măsoară puterea, se folosesc filtre suplimentare reglate pe banda de frecvență de funcționare.

Parametrul de eroare BER este măsurat de un analizor de canal digital.

Principalul dezavantaj al metodei este presupunerea unei puteri constante a semnalului util pe toată perioada de măsurare. În condiții reale, nivelul semnalului util suferă fluctuații semnificative din cauza propagării pe mai multe căi a undelor radio și a modificărilor condițiilor de propagare. Din acest motiv, raportul C/N se poate schimba și chiar și o modificare de 1 dB a C/N poate provoca o modificare a BER cu un ordin de mărime. Astfel, această metodă nu oferă precizia de măsurare necesară, în special pentru valorile BER scăzute.

2. Metodă de interferență pentru măsurarea BER(C/AT), a cărei diagramă este prezentată în Fig. 7.17, folosește un dispozitiv special - un analizor/simulator al parametrului C/N, care măsoară nivelul de putere a semnalului util C la introducerea unui anumit nivel de zgomot N, ceea ce asigură o precizie ridicată în determinarea parametrului C/N. În această metodă, analizorul/simulatorul ajustează automat nivelul de zgomot introdus, iar precizia de măsurare a caracteristicii BER(C/AT) poate atinge valori de ~1СГ12. În concluzia acestei considerații a funcției BER (CIN), notăm următoarele.

1. Comparația dependențelor teoretice și practice VESHCHS/N) arată că dependențele practice diferă de cele teoretice prin faptul că pentru valorile practice BER este necesar un raport C/N mai mare. Acest lucru se datorează diferitelor motive pentru degradarea parametrilor în căile de frecvență intermediară și radio.

2. În practică, contribuțiile căilor radio și ale frecvenței intermediare sunt comparabile între ele, în timp ce pentru sistemele de transmitere a informațiilor digitale cu viteze de până la 90 Mbit/s, următoarele valori ale nivelurilor de degradare ale parametrului BER sunt observat.


Orez. 7.17. Schema metodei de interferență pentru măsurarea BER(C/N)

Deteriorarea căii de frecvență intermediară IF:

Erori de fază și amplitudine ale modulatorului - OD dB;

Interferență intersimbol datorată funcționării filtrului - 1,0 dB;

Prezența zgomotului de fază - 0,1 dB;

Proceduri de codare/decodare diferențială - 0,3 dB;

Jitter (jitter de fază) - 0,1 dB;

Lățimea de bandă de zgomot în exces a demodulatorului - 0,5 dB;

Alte motive (efect de îmbătrânire, instabilitate de temperatură) - 0,4 dB.

Deci, în total, deteriorarea BER în calea IF poate ajunge la 2,5 dB. Degradarea BER pe calea frecvenței radio:

Efecte de neliniaritate - 1,5 dB;

Deteriorări din cauza limitării lățimii de bandă a canalului și a timpului de întârziere a grupului - 0,3 dB;

Interferență în canalele adiacente - 1,0 dB;

Deteriorarea datorată atenuării și efectelor de ecou - 0,2 dB. În total, în calea frecvenței radio RF degradarea BER va fi de 3 dB, adică totalul din sistem

Degradarea BER de transmisie poate ajunge la -5,5 dB.

Trebuie remarcat faptul că în diagramele din fig. 7.16, 7.17 nu a fost luat în considerare scopul egalizatoarelor în căile radio digitale.

Măsurători de frecvență și putere pe căi de frecvență radio.

Măsurătorile frecvenței și puterii unui semnal radio util sunt implementate în practică folosind următoarele metode:

1) sunt utilizate contoare de frecvență și contoare de putere,

2)se folosesc analizoare de spectru cu funcții de măsurare a markerului.

În a doua metodă, markerul oferă mișcare de-a lungul caracteristicii spectrale, afișând simultan valorile parametrilor de frecvență și putere ai semnalului radio util.

Pentru a extinde capacitățile de măsurare a parametrilor de putere, analizoarele moderne de spectru asigură netezirea spectrală, filtrarea zgomotului etc.

Analiza funcționării egalizatoarelor.

În comparație cu sistemele prin cablu, aerul radio, ca mediu de transmitere a semnalelor radio, are caracteristici care se schimbă aleatoriu în timp. Datorită utilizării pe scară largă a sistemelor de comunicații radio digitale și a cerințelor crescute pentru acuratețea transmisiei acestora, egalizatoarele sunt incluse în dispozitivele de recepție pentru a reduce dramatic influența propagării pe mai multe căi (alinierea semnalului) și a timpului de întârziere a grupului (reglare automată a semnalului). Când au folosit metode digitale pentru modularea semnalelor de înaltă frecvență, dezvoltatorii au întâmpinat dificultăți în reglarea precisă a modemurilor și a altor dispozitive care formează canale ca parte a căii de frecvență radio. În acest caz, egalizatoarele acționează și ca elemente de compensare pentru posibilele neliniarități în dispozitivele căii de transmisie a frecvenței radio. În sistemele moderne de transmisie a informațiilor cu frecvență radio, există două tipuri principale de atenuare asociate cu factorii de propagare a semnalului radio de-a lungul căii de frecvență radio.

1) Atenuare liniară, care este o scădere uniformă, independentă de frecvență, a amplitudinii semnalului de la factorii de distribuție a semnalului. Atenuarea liniară este de obicei cauzată de factori naturali în propagarea undelor electromagnetice:

Cu distribuție prin intermediul zonelor forestiere;

Când sunt distribuite în atmosferă în prezența hidrometeorilor (ploaie, zăpadă).

2) Atenuare datorată propagării pe mai multe căi a semnalelor radio.

Acești doi factori modifică amplitudinea semnalului dorit, ducând la o modificare a raportului C/N, care afectează în cele din urmă parametrul de eroare BER. Modificările în structura semnalului util asociate cu aceste două atenuări sunt compensate de egalizatoare. După cum știți, baza funcționării oricărui egalizator este utilizarea unui filtru notch cu bandă îngustă pentru a elimina neliniaritatea semnalului util. Principalul parametru de măsurare este dependența adâncimii de filtrare de frecvență la un parametru BER dat, care în diferite recenzii este numit curba M sau curba W (Fig. 7.18).


Orez. 7.18. Curbele M pentru cazurile de absență și prezență a unui egalizator.

Pentru a obține curba M se simulează de obicei diverse condiții de transmisie a semnalului, care sunt compensate de un egalizator și în procesul de compensare se construiește curba M. Schema de măsurare este prezentată în Fig. 7.19.

Ca rezultat al măsurătorilor, diagramele sunt obținute sub formă de curbe M cu două fețe, dintre care una este lipsită de histerezis (care arată capacitatea filtrului egalizator de a oferi o adâncime de filtrare la o frecvență dată suficientă pentru a nivela structura de semnalul util) iar celălalt este histerezisul (care arată performanța filtrului în timpul funcționării efective a acestuia, dacă este necesar mai întâi mărind și apoi scăzând parametrul adâncimii de filtrare). În practică, ambele tipuri de curbe sunt esențiale pentru analiza performanței egalizatorului.


Orez. 7.19. Schema de măsurare pentru curbele M


Măsurătorile parametrilor neuniformității caracteristice fază-frecvență și a timpului de întârziere de grup.

Neuniformitatea răspunsului fază-frecvență (PFC) a căii de frecvență radio este determinată de timpul de întârziere de grup (GDT) din formula:

Măsurarea directă a dependenței defazării de frecvența f(n) și diferențierea ulterioară a dependenței rezultate este implementată, de regulă, pentru sistemele cu un nivel scăzut de zgomot de fază; totuși, pentru sistemele de comunicații radio, zgomotul de fază este prezent. în canal, ceea ce duce la un răspuns neuniform de fază și la o modificare a întârzierii grupului. De obicei, măsurătorile de întârziere de grup sunt efectuate în timpul testelor de acceptare a sistemelor radio și iau în considerare posibilele abateri în funcționarea emițătorului, receptorului, dispozitivelor de antenă și a condițiilor de propagare a semnalului radio. Lucrarea descrie două metode de măsurare a întârzierilor de grup bazate pe utilizarea semnalelor radio compozite.


Măsurători ale imunității la decolorarea liniară și atenuarea pe mai multe căi a semnalelor radio

Parametrii semnalelor radio se modifică din cauza atenuării liniare și a atenuării cauzate de propagarea pe mai multe căi a semnalelor radio. La efectuarea testelor din fabrică se introduce o limită acceptabilă de atenuare liniară, care nu depășește 50 dB pentru BER = 10~3. Pentru a compensa atenuarea liniară, egalizatoarele sunt utilizate ca parte a emițătorului/receptorului. Performanța unui egalizator care compensează atenuarea liniară poate fi măsurată folosind atenuatoare reglabile.

Când se măsoară rezistența la atenuare asociată cu propagarea pe mai multe căi a semnalelor radio, este posibil să se utilizeze o diagramă de stare și o diagramă ochi care afișează:

Diagrama de stare - diafonia dintre semnalele I și Q este afișată ca elipse,

Diagrama ochilor - fenomenul multipath este reflectat de deplasarea centrelor „ochilor” de la centru la margini.

Cu toate acestea, atât diagrama de stare, cât și diagrama ochilor nu oferă toate specificațiile de măsurare necesare. Pentru a efectua măsurători practice ale eficacității compensării pentru fenomenul semnalelor multicai, se folosesc metode care sunt în concordanță cu metodele de compensare. Deoarece este aproape imposibil de prezis apariția factorului multipath, impactul acestui factor este luat în considerare folosind metode de stres, adică prin simularea fenomenului de propagare a semnalului multipath. După cum s-a menționat în lucrare, sunt utilizate două modele pentru simularea propagării semnalului pe mai multe căi.

1.Model cu fascicul dublu. Principiul modelării se rezumă la ipoteza bazată teoretic că atenuarea este asociată cu interferența cu două fascicule, iar fasciculul care interferează are o întârziere (pentru fasciculul reflectat) în timp. Din caracteristicile neuniformității răspunsului în frecvență (caracteristica amplitudine-frecvență) și întârzierea de grup pentru propagarea în două fascicule a unui semnal radio rezultă:

Reducerea amplitudinii cu schimbarea frecventei;

Modificări ale întârzierii grupului și ale răspunsului în frecvență în cazul unei faze minime (când fasciculul radio principal are o amplitudine mare);

Modificări ale răspunsului în frecvență și întârziere de grup în cazul unei faze non-minime (când fasciculul rezultat după interferența a două fascicule depășește semnalul principal în amplitudine).

2. Model cu trei fascicule. Deoarece modelul cu două fascicule nu descrie fenomenul de modulare a amplitudinii și apariția unor modele de bătăi slabe în intervalul de frecvență de funcționare, drept urmare amplitudinea semnalului util deviază în intervalul de operare chiar dacă nodul de bătaie este în afara intervalul de funcționare, se utilizează un model cu trei fascicule pentru a lua în considerare efectul de schimbare a amplitudinii. De obicei, modelul cu două fascicule este utilizat pentru măsurători de înaltă calitate, iar modelul cu trei fascicule este utilizat pentru măsurători precise.

Analiza interferențelor de intermodulație.

Când semnalele radio se propagă pe o cale, interacțiunile de intermodulație ale semnalelor apar în timpul multiplexării și demultiplexării, precum și sub influența neliniarităților dispozitivelor care formează canalele din cadrul căii. De obicei, distorsiunea de intermodulație este la un nivel destul de scăzut - mai puțin de 40 dB în raport cu nivelul semnalului dorit. Cu toate acestea, controlul distorsiunii intermodulației și eliminarea cauzelor acesteia oferă, în unele cazuri, o soluție la problema interferenței în canalele adiacente. Analizatoarele de spectru sunt utilizate pentru a analiza intermodulația.

Măsurători ale caracteristicilor căilor de radiofrecvență care formează canale.

În plus față de măsurătorile complexe, măsurătorile caracteristicilor căilor de frecvență radio care formează canalele sunt utilizate pe scară largă în practică, cunoașterea cărora este necesară la proiectarea și operarea sistemelor de transmisie a informațiilor de inginerie radio. În plus față de măsurătorile de frecvență și putere în zona de serviciu, este nevoie să se măsoare sistemele de antene, nivelurile de zgomot termic, stabilitatea frecvenței oscilatoarelor master, jitterul de fază, parametrii modemurilor și căile de amplificare împreună cu dispozitivele de filtrare.

Măsurătorile sistemului de antenă.

Dispozitivele de alimentare cu antenă ca parte a căii de frecvență radio joacă un rol extrem de important. Parametrii principali: puterea de radiație, diagrama de radiație în planurile corespunzătoare, câștigul, impedanța etc., sunt de obicei calculati și măsurați în etapa de producție a antenei. În timpul funcționării, parametrii importanți sunt

Coeficientul undei de călătorie (TWC): CBW = Umin/Umax, (7,38)

Raportul undelor staționare (SWR): SWR = 1/KBW, (7,39)

Nivelul pierderilor de retur de la intrarea antenei, unde Umin și Umax sunt tensiunile minime și maxime din linia de alimentare.

În cazul potrivirii traseului ideal: ieșire transmițător - alimentator - intrare antenă, KBV = 1 (deoarece toată energia de la ieșirea transmițătorului este direcționată către antenă și în același timp £/min = Umax), în cazul Umin = 0, VSWR = oo KBV = 0 — în alimentator are loc un mod de undă staționară, ceea ce este inacceptabil.

Într-un caz real, SWR poate lua valori de 1,1...2, adică SWR = 0,5...0,9. În căile radio ale sistemelor de transmisie a informațiilor digitale cu tipuri digitale de modulație, este necesar un nivel scăzut de pierderi de întoarcere, adică o valoare minimă a SWR de -1,1, atunci când modul în linia de alimentare este aproape de un grad ridicat de potrivire.

De exemplu, pentru legăturile cu microunde care utilizează modulația 64 QAM, nivelul recomandat de suprimare a pierderii de returnare a antenei este de 25 dB sau mai mare. Pentru a măsura pierderile de retur, se utilizează de obicei circuitul prezentat în Fig. 7.20.

Un semnal este furnizat de la oscilatorul cu microunde către antenă printr-un cuplaj direcțional pasiv. În prezența unei unde reflectate de la intrare, oscilațiile electromagnetice intră într-un analizor de spectru (sau receptor selectiv) printr-un cuplaj direcțional, unde este măsurat nivelul puterii reflectate. Pentru a reduce nivelul puterii reflectate, calea antenă-alimentator este potrivită. Atunci când este utilizat în practică în locul unui analizor de spectru contor de putere, precizia măsurării scade, deoarece, împreună cu semnalul reflectat, contorul de putere ia în considerare nivelul de zgomot asociat cu influențele externe asupra canalului radio într-un interval de frecvență de operare dat.

Măsurători ale nivelului de zgomot termic intrinsec al elementelor de cale de radiofrecvență.

Pe măsură ce nivelul de zgomot crește, distorsiunea intersimbol a semnalelor digitale crește brusc, iar valoarea BER crește. În diagramele de stare și diagramele cu ochi, acest lucru se reflectă în creșterea dimensiunii punctelor de afișare a stării și în efectul „închiderii ochilor”. Măsurarea zgomotului diferitelor dispozitive pe calea frecvenței radio este efectuată în timpul fazei de funcționare pentru a localiza punctul de nivel de zgomot crescut. Având în vedere că zgomotul intrinsec al diferitelor dispozitive pe calea frecvenței radio este mic, pentru măsurători se folosesc metode diferențiale. Pentru a face acest lucru, un semnal de interferență cu o singură frecvență este amestecat în semnalul de testare și apoi se fac măsurători de zgomot prin diferența dintre semnalul de interferență și zgomot. Această metodă este utilizată la măsurarea zgomotului de putere redusă. Ca exemplu în Fig. Figura 7.21 prezintă rezultatele măsurătorilor de zgomot pe fundalul unui semnal de interferență cu o singură frecvență pentru modulația 16 QAM la un raport semnal-zgomot C/I = 15 dB, în timp ce, după cum se poate observa din figură, o creștere a nivelul de zgomot duce la o creștere a dimensiunii punctelor de pe diagrama de stare și la efectul „închiderii ochiului” „ pe diagrama ochiului.

Orez. 7.21. Exemple de diagramă de stare și diagramă de ochi la măsurarea zgomotului la C/1 = 15 dB.

Măsurători de fluctuație de fază.

Un parametru important pentru măsurarea sistemelor de transmisie de radiofrecvență cu modulație digitală este fluctuația de fază a semnalului de la oscilatoarele master ale receptorului/emițătorului, așa-numita jitter. Pentru a analiza jitter-ul, se utilizează în mod eficient o diagramă de stare, deoarece diagrama ochilor nu este sensibilă la aceasta. Dacă în cale apare fluctuația de fază a semnalului, atunci, după cum urmează de la

Orez. 7.22, există o creștere a dimensiunii punctelor diagramei de stare. Pentru a elimina problemele asociate cu prezența jitter-ului la măsurarea jitterului, de obicei sunt efectuate măsurători suplimentare ale parametrilor de funcționare ai oscilatorilor master și defecțiunile sunt eliminate.

Măsurătorile parametrilor modemului.


Pentru măsurarea parametrilor modemului, se folosesc de obicei analizoare care oferă măsurători ale semnalului sub formă de diagrame de stare și diagrame oculare, care oferă cele mai complete informații despre structura și modificările parametrilor de modulație digitală. În fig. Figura 7.23 prezintă ca exemplu o diagramă de stări și o diagramă de ochi pentru cazul modulației de amplitudine în cuadratura cu 16 stări 16 QAM, din care rezultă:

Încețoșarea punctelor diagramei de stare indică influența zgomotului;

Distorsiunea în dimensiunea „ochiului” indică posibile perturbări în funcționarea canalului digital (de exemplu, apariția distorsiunilor intersimbol).

Orez. 7.23. Exemplu de diagramă de stare și diagramă de ochi pentru carcasa AM 16 QAM cu 16 stări

Să luăm în considerare următoarele tipuri de defecțiuni ale modemului și diagramele corespunzătoare.

1. Pierderea sincronizării în canalul digital.

Defecțiunea/deconectarea globală a demodulatorului sau defectarea blocării fazei poate duce la o pierdere a potrivirii între modulator și demodulator și pierderea semnalului în sistemul de transmisie. În acest caz, diagrama de stare reprezintă o distribuție aleatorie a semnalelor de-a lungul nivelurilor de modulație corespunzătoare, „ochiul” diagramei ochiului este complet închis (Fig. 7.24).

Orez. 7.24. Un exemplu de pierdere a sincronizării într-un canal digital: diagrama de stare reprezintă o distribuție aleatorie a semnalelor în nivelurile de modulație corespunzătoare, „ochiul” diagramei ochiului este complet închis.

2. Încălcarea setărilor parametrilor nivelului de modulare/demodulare.

În fig. Figura 7.25 prezintă o diagramă de stări, din care rezultă că la stabilirea nivelurilor de modulație/demodulație a apărut un dezechilibru în amplitudinea semnalului. Modificările în diagrama de stare pot indica neliniarități în modulator sau o defecțiune a DAC.

Orez. 7.25. Un exemplu de încălcare a setărilor nivelului de modulare/demodulare.

3. Încălcarea ortogonalității vectorilor I și Q ai demodulatorului.

Una dintre defecțiunile comune în funcționarea modemului este o defecțiune a demodulatorului, atunci când vectorii I și Q ai coordonatelor polare ale demodulatorului nu sunt strict ortogonali. Aceasta conduce la o discrepanță între stări și grila de coordonate ortogonale din diagrama de stări (Fig. 7.26).

Această defecțiune poate fi sau nu însoțită de o eroare de sincronizare a fazei în circuitul de recuperare a purtătorului. În absența unei erori, rezultatul impactului acestei defecțiuni asupra diagramei ochiului se reduce la închiderea „ochiului” pe diagrama pe semnalul I și absența oricărei modificări pe diagrama Q. Dacă există o eroare, „ochii” ambelor diagrame vor fi închiși. Trebuie remarcat faptul că analiza diagramei ochiului singură nu ne permite să determinăm cauza defecțiunii, deoarece această diagramă coincide complet cu diagrama ochilor în prezența unui nivel ridicat de zgomot aditiv în canal. În acest caz, doar o diagramă de stare poate oferi o determinare fiabilă a cauzei defecțiunii. Eliminarea defecțiunii descrise necesită ajustarea demodulatorului în ceea ce privește ortogonalitatea semnalelor I și Q. În diagrama de stare din Fig. 7.27 a notat prezența unei erori de sincronizare de fază de 2,3 grade.

Orez. 7.27. Un exemplu de eroare de sincronizare a fazei care apare.

Măsurătorile parametrilor de funcționare ai amplificatoarelor ca parte a căii de radiofrecvență.

Principalii parametri măsurați ai funcționării amplificatoarelor ca parte a căii de frecvență radio sunt:

Zgomot introdus de amplificatoare;

Parametrii de neliniaritate ai secțiunilor de amplificare.


Suprasarcina de amplitudine poate face ca amplificatorul să intre într-un mod neliniar și, ca urmare, o creștere bruscă a probabilității de eroare într-un sistem de transmisie digitală. Utilizarea diagramelor de stare și a diagramelor de ochi face posibilă evaluarea motivelor scăderii parametrilor de calitate a comunicațiilor radio (distorsiunile neliniare duc la estomparea punctelor diagramei de stare și închiderea „ochiului” diagramei oculare).

Parametrii de bază ai semnalului radio. Modulare

§ Puterea semnalului

§ Energia semnalului specific

§ Durata semnalului T determină intervalul de timp în care semnalul există (altul decât zero);

§ Intervalul dinamic este raportul dintre cea mai mare putere a semnalului instantaneu și cea mai mică:

§ Lăţimea spectrului semnalului F - banda de frecvenţă în care se concentrează energia semnalului principal;

§ Baza semnalului este produsul dintre durata semnalului și lățimea spectrului acestuia. Trebuie remarcat faptul că există o relație invers proporțională între lățimea spectrului și durata semnalului: cu cât spectrul este mai scurt, cu atât durata semnalului este mai lungă. Astfel, dimensiunea bazei rămâne practic neschimbată;

§ Raportul semnal-zgomot este egal cu raportul dintre puterea semnalului util și puterea zgomotului (S/N sau SNR);

§ Volumul informațiilor transmise caracterizează lățimea de bandă a canalului de comunicație necesară pentru transmiterea semnalului. Este definit ca produsul dintre lățimea spectrului de semnal și durata și intervalul dinamic al acestuia

§ Eficiența energetică (imunitate potențială la zgomot) caracterizează fiabilitatea datelor transmise atunci când semnalul este expus la zgomot alb Gaussian aditiv, cu condiția ca secvența simbolurilor să fie restabilită de un demodulator ideal. Este determinat de raportul minim semnal-zgomot (E b /N 0), care este necesar pentru a transmite date printr-un canal cu o probabilitate de eroare care nu o depășește pe cea specificată. Eficiența energetică determină puterea minimă a transmițătorului necesară pentru o funcționare acceptabilă. O caracteristică a metodei de modulare este curba eficienței energetice - dependența probabilității de eroare a unui demodulator ideal de raportul semnal-zgomot (E b /N 0).

§ Eficiența spectrală - raportul dintre viteza de transmisie a datelor și lățimea de bandă utilizată a canalului radio.

    • AMperi: 0,83
    • NMT: 0,46
    • GSM: 1,35

§ Rezistența la influențele canalului de transmisie caracterizează fiabilitatea datelor transmise atunci când semnalul este expus unor distorsiuni specifice: estompare din cauza propagării pe mai multe căi, limitare a benzii, interferență concentrată în frecvență sau timp, efect Doppler etc.

§ Cerințe pentru liniaritatea amplificatorului. Pentru a amplifica semnalele cu anumite tipuri de modulație, pot fi utilizate amplificatoare neliniare de clasă C, care pot reduce semnificativ consumul de energie al emițătorului, în timp ce nivelul de radiație în afara benzii nu depășește limitele admise. Acest factor este deosebit de important pentru sistemele de comunicații mobile.

Modulare(Modulatie latină - regularitate, ritm) - procesul de modificare a unuia sau mai multor parametri ai oscilației purtătoarei de înaltă frecvență conform legii unui semnal informațional de joasă frecvență (mesaj).



Informația transmisă este conținută în semnalul de control (modulator), iar rolul purtătorului de informații este jucat de o oscilație de înaltă frecvență numită purtător. Modularea, prin urmare, este procesul de „aterizare” a unei oscilații de informație pe un purtător cunoscut.

Ca rezultat al modulării, spectrul semnalului de control de joasă frecvență este transferat în regiunea de înaltă frecvență. Acest lucru permite, atunci când se organizează difuzarea, să se configureze funcționarea tuturor dispozitivelor de recepție și transmisie la frecvențe diferite, astfel încât acestea să nu „interfere” unele cu altele.

Ca purtător pot fi folosite oscilații de diferite forme (dreptunghiulare, triunghiulare etc.), dar cel mai des sunt folosite oscilațiile armonice. În funcție de care dintre parametrii oscilației purtătorului se modifică, se distinge tipul de modulație (amplitudine, frecvență, fază etc.). Modulația cu un semnal discret se numește modulație digitală sau keying.

  • Serghei Savenkov

    un fel de recenzie „scurtă”... de parcă s-ar grăbi undeva