/>Содержание
Введение
Глава 1. Видымодуляции, применяемые в системах с ВРК
1.1 Амплитудно –импульсная модуляция (АИМ)
1.2 Широтно-импульснаямодуляция
1.3 Время-импульснаямодуляция
Глава 2 Переходныеискажения в системах ВРК
2.1 Переходныеискажения второго рода
2.2 Переходные искаженияпервого рода (в области ВЧ)
Глава 3Помехоустойчивость РТМС с ВРК
Глава 4Многоступенчатая коммутация в РТМС с ВРК
Глава 5 Синхронизация вРТМС с ВРК
5.1 Системы и сигналысинхронизации
5.2 Методы кадровойсинхронизации
Заключение
Список литературы
Введение
Телекоммуникацииявляются одной из наиболее быстро развивающихся областей современной науки итехники. Жизнь современного общества уже невозможно представить без техдостижений, которые были сделаны в этой отрасли за немногим более ста лет развития.Отличительная особенность нашего времени – непрерывно возрастающая потребностьв передаче потоков информации на большие расстояния. Это обусловлено многимипричинами, и в первую очередь тем, что связь стала одним из самых мощныхрычагов управления экономикой страны. Одновременно, претерпевая значительныеизменения, становясь многосторонней и всеобъемлющей, электросвязь каждой страныстановится все более интегрированной в мировое телекоммуникационноепространство.
Глава 1 Виды модуляции, применяемые в системах с ВРК
/>
1.3 Амплитудно– импульсная модуляция (АИМ)
ПриАИМ амплитуда импульса изменяется в соответствии с передаваемым сообщением.
/> , ( 1)
где/>, /> - амплитуданемодулированных импульсов, /> — парциальный коэффициентмодуляции, /> -модулирующая функция, /> - функция, описывающая формуимпульсов, />.
РазличаютАИМ1 и АИМ2. При АИМ1 амплитуда импульса следит за изменением модулирующейфункции (рисунок 1).
/>. ( 2)
/>
Рисунок1
Вслучае АИМ2 амплитуда импульса определяется мгновенным значением моделирующейфункции в точке /> (рисунок 2)
/>. ( 3)
/>
Рисунок2
Анализпоказывает, что АИМ2 сопровождают искажения. Обычно АИМ2 применяют на приемнойстороне, если перед демодуляцией АИМ1 осуществляется удлинение импульсов, атакже перед АЦП. Рассмотрим частотный спектр АИМ1 в случае:
/>. ( 4)
СпектрАИМ1 содержит: постоянную составляющую, составляющую на частоте модуляции,бесконечную сумму гармоник, составляющую на частотах /> (рисунок 3).
/>
Рисунок3
Особенностьюспектра АИМ1 является то, что амплитуда составляющей на частоте модуляции независит от частоты, а амплитуды боковых составляющих при гармониках /> одинаковые.
ДемодуляциюАИМ сигналов можно осуществлять с помощью полосового фильтра (ПФ) или ФНЧ. Длядемодуляции с помощью ПФ на его выходе получается амплитудно-модулированныеколебания, и для выделения этих сообщений требуется применение амплитудногодетектора (рисунок 4).
/>
Рисунок4
Придемодуляции с помощью ФНЧ на выходе получается непосредственно сообщение(рисунок 5).
/>
Рисунок5
Усилитель(У) на выходе ФНЧ необходим, т.к. амплитуда сигнала на частоте модуляции />, />.
Дляувеличения отношения />на выходе ВС ставят расширитель(Р) импульсов, т.е. преобразуют АИМ1 в АИМ2 (рисунок 6).
/>
Рисунок6
Такойметод демодуляции АИМ широко применяется. Спектр АИМ2 содержит те жеспектральные составляющие, что и АИМ1, но имеются существенные отличия.Амплитудные составляющие на частоте /> зависят от частоты, асоставляющие />различны и так же зависят отчастоты (рисунок 7).
/>
Рисунок7
Израссмотрения спектра АИМ2 следует, что использование АИМ2 приводит кнеустранимым искажениям при демодуляции. Но чем меньше длительность импульсов />, тем меньшеэти искажения проявляются при демодуляции. Необходимо при расчете параметроввыбирать верхнюю частоту ФНЧ из условия />.
/>1.2Широтно-импульсная модуляция
Параметрымодуляции при ШИМ не входят явно в формулу ( 1), поэтому аналитическая записьШИМ имеет вид:
/>, ( 5)
где/> и /> — функции,описывающие изменение передних и задних фронтов импульсов соответственно.
/>
Рисунок8
Законизменения длительности импульсов имеет вид:
/>, ( 6)
где/>-длительность импульсов при отсутствии модуляции, /> - нормированная модулирующаяфункция, />-парциальный коэффициент модуляции.
Различаютдвухстороннюю (ШИМ) и одностороннюю (ОШИМ) модуляцию. Кроме того, различают ШИМпервого и второго рода. В случае ШИМ1 длительность импульсов определяетсязначением модулирующей функции /> в момент возникновения передних изадних фронтов импульсов.
ПриШИМ2 длительность импульсов пропорциональна мгновенным значениям модулирующегонапряжения в тактовых точках. В качестве модулятора ОШИМ2 используютфантастроны. При /> различия между ШИМ1 и ШИМ2 несущественны. Выражения для ОШИМ1 и ОШИМ2 имеют вид
приОШИМ1 />,
приОШИМ2 />.
Определимспектр ОШИМ1 при модулирующей функции /> (рисунок 9).
/>
Рисунок9
СпектрОШИМ1 содержит постоянную составляющую, составляющую на частоте модуляции /> и составляющиена частотах />.Неискаженная демодуляция ОШИМ1 вследствие наличия составляющих /> невозможна.
Частотныйспектр ОШИМ2 имеет те же составляющие, что ОШИМ1. Отличие заключается в наличиив спектре ОШИМ2 гармоник модулирующей частоты />, что приводит к дополнительнымискажениям сигнала при демодуляции (рисунок 10).
/>
Рисунок10
Практическииспользуется способ демодуляции ШИМ и ОШИМ с помощью ФНЧ (рисунок 11).
/>
Рисунок11
Обычновыбираются следующие параметры ОШИМ />, />. Исходя из длительности />осуществляетсявыбор полосы приемного тракта.
/>1.3Время-импульсная модуляция
ПриВИМ сдвиг импульсов /> относительно тактовых точек /> изменяется позакону /> (рисунок12)
модуляция искажение коммутация синхронизация сигнал
/>
Рисунок12
ДляВИМ выражения для последовательности импульсов имеет вид />, ( 7)
где/>, />. РазличаютФИМ первого и второго рода.
ДляВИМ первого рода />, т.е. временной сдвиг импульсовпропорционален значению модулирующей функции />в момент появления этого жеимпульса.
ДляВИМ второго рода />, т.е. временной сдвиг импульсовпропорционален значению /> в тактовых точках. Различия междуФИМ-1 и ФИМ2 при /> становятся несущественными.
Определимспектр ФИМ-1, полагая что />(рисунок 13).
/>
Рисунок13
СпектрФИМ-1 состоит из:
-постоянной составляющей;
-полезной составляющей на частоте />;
-составляющих с частотой />;
-составляющих с частотами />.
Частотныесоставляющие спектров ШИМ-1 и ВИМ-1 совпадают, но амплитуды полезныхсоставляющих зависят от индекса модуляции и очень малы.
Амплитудаполезной составляющей определяется выражением:
/> ( 8)
При/>, />и амплитудеполезной составляющей на выходе ФНЧ в этом случае равна />, т.е. зависит отчастоты модуляции.
Следовательно,демодуляция ВИМ-1 с помощью ФНЧ сопровождается завалом нижних и подъемомверхних модулирующих частот. Демодуляция ВИМ с помощью ФНЧ на практике неиспользуется. Чтобы уменьшить искажения и увеличить уровень полезнойсоставляющей на выходе демодулятора при демодуляции ВИМ применяютсяпреобразования ВИМ в ШИМ или ВИМ в АИМ.
Рассмотримпреобразование ВИМ в ОШИМ с помощью триггера (рисунок 14), где /> -сигнал в тактовых точках, /> - сигнал ВИМ, /> - сигнал на выходетриггера.
/>
Рисунок14
ПреобразованиеВИМ в АИМ (рисунок 15).
/>
Рисунок15
/>
Рисунок16
ДемодуляторВИМ имеет вид, приведенный на рисунке 17, где ПР – преобразователь.
/>
Рисунок17
/>Глава2 Переходные искажения в системах ВРК
Переходныеискажения появляются в результате переходных процессов, которые сопровождаютсяпоявлением или исчезновением импульсных сигналов в многоканальных системах.
Причинойпоявления переходных искажений является недостаточно широкая полоса пропусканиятракта радиолинии. Различают помехи первого рода, возникающие вследствиеискажений спектра группового сигнала в области высоких частот (ВЧ) и помехивторого рода, возникающие из-за искажений спектра группового сигнала в областинижних частот (НЧ). Искажения первого рода возникают из-за завала ВЧ составляющихспектра в тракте радиолиний. Искажения второго рода возникают в передающейаппаратуре до модулятора несущей и в приемной (видеоусилителе) в областимодулирующих частот.
/>2.1Переходные искажения второго рода
Возникновениепомех второго рода обусловлено нелинейностью АЧХ и ФЧХ видеоусилителя общеготракта в полосе, которую занимает спектр модулирующих частот. Полагаем, что навходе видеоусилителя с характеристикой /> подана последовательностьимпульсов n каналов, и в одномканале осуществляется АИМ (рисунок 18).
/>
Рисунок18
НелинейностьАЧХ и ФЧХ видеоусисилителя приводит к уменьшению полезной составляющей на />, а ее фазасдвигается на угол />, что отображено на векторнойдиаграмме (рисунок 19).
/>
Рисунок19
Изанализа векторной диаграммы следует, что в состав спектров немодулируемыхпоследовательностей как бы вводится дополнительная составляющая на частоте /> с амплитудой /> и уменьшаетсяамплитуда полезной составляющей в спектре модулируемого сигнала (рисунок 20).
/>
Рисунок20
Сигнална выходе i-го временногоселектора без искажений имеет вид:
/> , ( 9)
/>.
Групповойсигнал при искажениях второго рода описывается выражением:
/>. ( 10)
Еслимодуляция импульсов осуществляется во всех Nканалах, то из векторной диаграммы следует, что:
/>. ( 11)
Тогдасигнал на выходе временного селектора равен:
/>. ( 12)
Длядемодуляции АИМ используют ФНЧ. Сигнал на выходе ФНЧ при />равен:
/> . ( 13)
Оценимпереходные искажения коэффициентом />:
/>, ( 14)
где/> -мощность сигнала i-го канала />, а мощностьпомехи равна:
/>. ( 15)
Приусловии, что коэффициенты модуляции /> во всех Nканалах одинаковы, формула для коэффициента переходных искажений имеет вид:
/> . ( 16)
Если/>, а расстояниемежду циклами />, то:
/>/> . ( 17)
Введемпонятие среднего коэффициента искажений />:
/>/>. ( 18)
Вэтом случае:
/>. ( 19)
Такимобразом, при N >> 2, />. Такимобразом, при увеличении Nуменьшается /> ипадает мощность помех />.
Основнымспособом устранения НЧ искажений является применение фиксатора уровня (рисунок 21):
/>
Рисунок21
Постояннаявремени фиксатора уровня канала связи выбирается достаточно большой, но такойвеличины, чтобы напряжение на емкости успевало отслеживать заваленные НЧспектра АИМ.
Переходныепомехи 2-го рода действуют сильнее на АИМ и менее на ШИМ и ВИМ. Еслииспользуются ШИМ и ВИМ, то для уменьшения помех 2-го рода применяютограничитель.
/>2.2Переходные искажения первого рода (в области ВЧ)
Переходныеискажения первого рода проявляются как наложение импульсов друг на друга ивозникают при недостаточно широкой полосе пропускания тракта или при маломвременном интервале между импульсами соседних каналов (рисунок 22):
/>
Рисунок22
Дляанализа переходных помех первого рода аппроксимируют ВЧ часть частотной характеристикиобщего тракта частотной характеристикой RC– цепи (рисунок 23).
/>
Рисунок23
Амплитудно– частотная характеристика RCцепи имеет вид:
/> , ( 20)
где/> - полосана уровне 0.707, />.
Вслучае переходные искажения 1-го рода в системе ШИМ ошибка равна:
/>. ( 21)
Т.е.для уменьшения ошибки /> необходимо увеличивать полосутракта /> илиинтервал />,возможно использовать предискажения.
/>Глава3 Помехоустойчивость РТМС с ВРК
Флюктуационныепомехи на входе приемного устройства приводят к изменению амплитуды идлительности импульсов. Помехи, действующие между импульсами называются –интервальными. Помехи, накладывающиеся на импульсы делятся на срединные икраевые. При АИМ путем стробирования приемника можно избавиться только отинтервальных помех. При ВИМ и ШИМ использование ограничений по минимуму имаксимуму позволяет избавиться от срединных помех, но действие краевых помехостается. Оценим помехоустойчивость РТМС с АИМ-АМ, ШИМ-ЧМ, ФИМ-АМ.
Структурнаясхема приемной части системы с ВРК изображена на рисунке 24.
/>
Рисунок24
Полагаем,что отношение сигнал — шум достаточно велико. Шум нормальный белый в полосеприемника. В качестве критерия оценки используется отношение случайнойкомпоненты выходного сигнала к полезной, т.е. относительную случайную ошибку. Вэтом случае при АИМ-АМ относительная случайная ошибка имеет вид [2]:
/> , ( 22)
где/> - среднееквадратичное значение шума, /> — максимальное изменение амплитудыимпульса, h – отношение сигнал — шум.
Следовательнодля уменьшения относительной случайной ошибки в этом случае необходимоувеличивать отношение сигнал — шум.
ПриШИМ-ЧМ относительная случайная ошибка равна:
/>, ( 23)
где/> — среднееквадратичное значение флюктуаций фронта импульсов, /> - максимальная полезная ширинаимпульса, /> -девиация частоты несущей, /> - канальный интервал.
Дляуменьшения относительной случайной ошибки системы ШИМ-ЧМ надо увеличитьотношение сигнал — шум, девиацию частоты несущей и канальный интервал.
ПриФИМ-АМ относительная случайная ошибка имеет вид:
/> , ( 24)
/> — максимальноевременное смещение, /> – индекс временной модуляции, /> - длительностьимпульсов. Для уменьшения относительной случайной ошибки в этом случаенеобходимо увеличивать индекс временной модуляции и отношение сигнал – шум.
/>Глава4 Многоступенчатая коммутация в РТМС с ВРК
Количествоизмеряемых величин и точность их измерения меняется в широких пределах, чтотребует применения разных частот дискретизации. В случае использования одногозадающего генератора для увеличения гибкости аппаратуры используютмногоступенчатую коммутацию, обеспечивающую разные тактовые частоты.
Принципмногоступенчатой коммутации показан на (рисунке 25).
/>
Рисунок25
Перваяступень коммутаторов /> имеет mвходов с временем подключения одного входа />. Вторая ступень включает nкоммутаторов /> с временем подключения />. Входы с (n+1)до m используются для передачислужебной информации и осуществления синхронизации, аналоговые входы с (l+1)до К коммутаторов />. Для простоты будем считать, что m=n,l=k,тогда />,где N – общее число датчиковв схеме.
Возможныдва варианта использования схемы (рисунок 25):
1)Все коммутаторы /> работают синхронно и синфазно. А />, т.е. за времяподключения одного входа коммутатора />, коммутатор /> успевает опросить все mвходов. Следовательно, на выходы схемы будут последовательно поданы сигналывсех первых датчиков, затем вторых и т.д. Увеличение частоты опроса для рядадатчиков достигается путем их подключения одновременно к нескольким входамодного коммутатора /> (рисунок 26).
/>
Рисунок26
2)Все коммутаторы />работают синхронно и синфазно, а />. Т.е. навыходы схемы последовательно подаются сигналы всех датчиков коммутаторов />, затем /> и т.д.Увеличение частоты опроса ряда датчиков достигается подключением датчикаодновременно к нескольким одноименным клеммам разных коммутаторов второйступени (рисунок 27).
/>
Рисунок27
Возможновключение третий ступени коммутации.
/>Глава5 Синхронизация в РТМС с ВРК
/>
5.1 Системы и сигналы синхронизации
Системасинхронизации в РТМС с ВРК обеспечивает синхронную и синфазную работукоммутаторов, установленных на передающей и приемной станции. Нарушениесинхронизма ведет к потере информации во всех каналах. В циклических РТМС черезвремя />,равное периоду опроса, начинается новый цикл. Для разделения каналов необходимообозначить начало цикла. Для этой цели перед импульсом первого каналавключается специальный сигнал (начало кадра), отличающийся от остальныхсигналов по амплитуде, длительности или форме (рисунок 28).
/>
Рисунок28
Такаясинхронизация называется кадровой. На приемной стороне осуществляется выделениесинхросигнала. Системы синхронизации могут быть двух типов: синхронные истартстопные. Синхронные системы работают независимо от того, передаетсяинформация или нет. В этих системах предъявляются очень высокие требования кстабильности частоты генераторов.
Встартстопных системах передающий и приемный распределители работают совместно втечении одного цикла, равного длине кадра или длительности кодовой комбинации.Каждый новый цикл в них начинается с исходного синфазного положения. Рассмотримобе системы.
Синхроннаясистема синхронизации.
Вэтом случае осуществляется подстройка фазы колебаний высокостабильногогенератора приемной станции под фазу колебаний передающей станции. В качествесигналов, по которым производится фазирование, могут использоваться кадровыепосылки, канальные сигналы и символы кодовых комбинаций.
Типичнаясхема коррекции фазы генератора приемной станции изображена на рисунке 2
/>
Рисунок29
Вфазовом дискриминаторе происходит сравнение фаз принимаемых и передаваемыхимпульсов, далее формируется управляющий сигнал, воздействующий на генератор.
Стартстопныесистемы синхронизации.
Структурасигнала при стартстопной синхронизации изображена на рисунке 30.
Стартовая,информационные и стоповя посылки отличаются по амплитуде, длительности илиформе.
/>
Рисунок30.
Привключении передатчика с помощью стартового импульса запускается синхронизаторприемного устройства. В конце цикла передачи синхронизатор останавливаетсястоповым импульсом. В промежутке между стартовым и стоповым импульсамипередаются информационные посылки.
/>5.2Методы кадровой синхронизации
Различаютследующие методы кадровой синхронизации: маркерную, безмаркерную и инерционную.
Маркернаясинхронизация осуществляется путем передачи в начале кадра синхроимпульса(маркера), отличающегося от информационных и других служебных сигналов. Вприемной станции осуществляется обнаружение и выделение маркерного сигнала, изкоторого формируется кадровый сигнал. Структура селектора маркерного сигналазависит от его формы. Если маркерный сигнал отличается по амплитуде отинформационных импульсов, то схема селектора имеет вид (рисунок 31).
/>
Рисунок31
Недостаткомэтой схемы является невысокая помехоустойчивость.
Схемаселектора маркерного сигнала, отличающегося от информационных сигналов подлительности, приведена на рисунке 32.
/>
Рисунок32
Даннаясхема обладает более высокой помехоустойчивостью, чем схема изображенная нарисунке 31.
Наибольшейпомехоустойчивостью обладает схема селектора маркерного сигнала, отличающегосяот информационных сигналов по форме (рисунок 33).
Безмаркернаясинхронизация является частным случаем маркерной синхронизации, когдасинхросигнал отсутствует. Начало кадра определяется по паузе, длительностькоторой равна удвоенному канальному интервалу (рисунок 34).
Приинерционной синхронизации для управления работой слектора приемной станциииспользуется инерционный генератор синхроимпульсов, который подстраивается пофазе принимаемыми синхросигналами.
/>
Рисунок33
/>
Рисунок34
Приинерционной синхронизации кратковременные сбои не приводят к срыву синхронизмакоммутаторов приемной и передающей систем. Рассмотрим блок – схему приемнойчасти канала инерционной синхронизации (рисунок 35).
/>
Рисунок35
Вселекторе осуществляется выделение маркерного сигнала по форме, амплитуде илидлительности. В начальный период времени схема стробирования отключена исистема осуществляет вхождение в синхронизм. Из выделенного маркерного сигналаформируется синхросигнал. Этот сигнал используется в качестве опорного, покоторому производится подстройка фазы генератора. Для повышенияпомехоустойчивости введено стробирование маркерного сигнала.
ФНЧобеспечивает инерционность работы схемы при пропадании сигналов синхронизацииза определенное время.
Заключение
Радиосвязь- одно из самых простых и надежных средств связи. Рации полезны и удобны, ихможно использовать там, где недоступен ни один другой вид связи, системырадиосвязи недороги по цене, легко развертываются и нетребовательны к условиямокружающей.
Наиболеехарактерными для современных РСПИ являются три формы представления сообщений,которые формируются на борту и передаются по линиям связи:
1. Сообщенияо наличии/отсутствии некоторого априорно известного сообщения(включения/выключения двигателей, удары метеорита).
2. Сообщенияо величинах характеризуют значения параметров в определенный момент времени.
3. Сообщенияо процессах должны с заданной точностью воспроизводить процессы на определенномотрезке времени, т.е. в этом случае также необходимо производить калибровкуамплитуды и масштабирование по времени.
Список литературы
1. Радиотехническиеметоды передачи информации: Учебное пособие для вузов / В.А. Борисов, В.В. Калмыков,Я.М. Ковальчук и др.; Под ред. В.В. Калмыкова. М.: Радио и связь. 1990. 304с.
2. Системырадиосвязи: Учебник для вузов / Н.И. Калашников, Э.И. Крупицкий, И.Л. Дороднов,В.И. Носов; Под ред. Н.И. Калашникова. М.: Радио и связь. 1988. 352с.
3. ТепляковИ.М., Рощин Б.В., Фомин А.И., Вейцель В.А. Радиосистемы передачи информации:Учебное пособие для вузов / М.: Радио и связь. 1982. 264с.
4. КирилловС.Н., Стукалов Д.Н. Цифровые системы обработки речевых сигналов. Учебноепособие. Рязань. РГРТА, 1995. 80с.