Билет №12

Энергетический потенциал систем радиосвязи.

Для любой системы связи главной задачей является рациональное использование энергетического потенциала линии связи. Применительно к анализу радиолинии диапазона 2,4 ГГц эта задача решается в [9] по результатам натурных испытаний, с большой дисперсией оценок в результате влияния многолучевости.

Важной задачей анализа систем радиосвязи является создание имитаторов радиоканала, позволяющих в лабораторных условиях, адекватных реальным, экспериментально исследовать варианты построения систем [5–8].

Имитационная физическая модель радиолинии с ничтожными шумами многолучевости предложена нами в работах [2; 3]. Далее будем использовать для ее обозначения аббревиатуру ИФМР.

Является ли ИФМР имитатором радиоканала?

ИФМР входит в состав нашего физического имитатора радиоканала имитатора ФИРК, в котором в качестве приемопередающих используем стандартные (используемые в реальной системе) приемопередающие устройства (без имитации их функционирования).

Можно ли обойтись без ИФМР, определяя уровень сигнала на ее выходе простым вычитанием дискретных значений затухания, используемых в ней, из уровня сигнала на входе?

Нет, поскольку использование ИФМР в составе ФИРК предоставляет реализуемую нами возможность сохранить процедуры, присущие реальной радиолинии (АЦП, ЦАП, пакетизация, депакетизация, модуляция, демодуляция и т.п.), возможность менять параметры ФИРК по результатам измерений, чего не сделаешь при «простом вычитании».

Таким образом, ФИРК решает задачи, подобные задачам имитатора радиоканала, предложенного в работе [1].

Квадратичное, линейное и синхронное детектирование. Сравнительные характеристики и области применения.

Детектирование — процесс выделения модулирующего сигнала из модулированного колебания или сигнала.

Детектирование может осуществляться при когерентном и некогерентном приеме сигналов.

При когерентном приеме, при детектировании, используются данные о начальной фазе сигнала.

При некогерентном приеме, при детектировании, не используются данные о начальной фазе сигнала.

Характеристиками детектора являются: детекторная, частотная характеристики и коэффициент передачи.

Детекторная характеристика представляет собой зависимость постоянной составляющей напряжения на выходе детектора от изменения информационного параметра несущей, подводимой к нему. При АМ информационным параметром является амплитуда, при ЧМ частота, при ФМ фаза.

Идеальная характеристика является линейной проходя через начало координат под углом a к оси абсцисс (рисунок 39). Реальная характеристика имеет отклонение, которые приводят к нелинейным искажениям модулирующего сигнала.

Частотная характеристика представляет собой зависимость амплитуды выходного напряжения Umu детектора от частоты модулирующего гармонического сигнала. Реальная характеристика имеет линейный характер и постоянна для Umu на всех частотах (рисунок 40). Отклонение реальной характеристики от идеальной приводит к частотным искажениям модулирующего сигнала. Также как и для модуляторов, по частотной характеристике определяют полосу пропускания детектора.

При детектировании разделяют два режима: квадратичный и линейный.

При квадратичном режиме для детектирования сигналов используется нелинейный участок ВАХ диода, который аппроксимируется полиномом второй степени (рисунок 43). При данном режиме могут использоваться входные сигналы небольшой амплитуды, но при этом возникают большие нелинейные искажения сигнала.

Рисунок 43 - Режимы детектирования

При линейном режиме используется линейный участок ВАХ диода. При этом режиме входные сигналы должны иметь достаточно большую амплитуду, но при этом нелинейные искажения сигнала отсутствуют.

Недостатком данного детектора является изменение отношения сигнал-помеха на выходе модулятора, что может привести к подавлению слабого сигнала сильной помехой. Поэтому при использовании данного детектора необходимо сначала подавлять помехи, а потом детектировать сигнал, т. е. применять додетекторную обработку сигнала.

Коэффициент передачи амплитудного детектора определяется по выражению:

где R1 — сопротивление ФНЧ детектора;

Sср — средняя крутизна ВАХ диода.

Синхронное детектирование

Синхронное детектирование — это детектирование, при котором используется опорное колебание с частотой и фазой соответствующими частоте и фазе несущего колебания.

Структурная электрическая схема синхронного детектора представлена на рисунке 44.

Рисунок 44 - Структурная электрическая схема синхронного детектора

На входы балансного или кольцевого модулятора поступают сигнал SАМ(t) и опорное колебание от генератора uг(t):

SАМ(t) = Um(1 + mАМ u(t)) cos (w0t +?0);

uг(t) = Umг cos (w0t + ?0).

На выходе модулятора формируется сигнал u1(t)

u1(t) = SАМ(t) ? uг(t) = Um (1 + mАМ u(t)) cos (w0t + j0)?

?Umг cos (w0t + ?0) = 0,5 Um Umг (1 + mАМu(t))?

?(1 + cos (2w0t + 2?0)) (31)

ФНЧ на выходе модулятора подавляет высокочастотные и постоянную составляющие и выделяет составляющие модулирующего сигнала:

uвых(t) = 0,5 Um Umг mАМ u(t) (32)

Для получения опорного колебания с частотой и фазой несущего колебания используется блок фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ). Блок ФАПЧ выделяет несущее колебание из поступившего сигнала и подстраивает под его параметры генератор.

Свойством и основным достоинством синхронного детектора является сохранение отношения сигнал-помеха на выходе детектора. Это объясняется тем, что данный детектор представляет собой преобразователь частоты, который переносит спектр сигнала в область низких частот без изменения формы сигнала и соотношений между составляющими спектра. Это свойство детектора позволяет применять последетекторную обработку сигнала.

Синхронный детектор позволяет также детектировать балансно-модулированные и однополосно-модулированные сигналы. Однако в данном случае возникают трудности с получением информации о частоте и фазе несущего колебания, т. к. составляющая несущего колебания в спектре этих сигналов отсутствует. Поэтому для детектирования этих сигналов применяют два технических решения:

• при детектировании используют пилот-сигнал, который представляет собой остаток несущего колебания и передается вместе с сигналом, а на приеме выделяется системой ФАПЧ;

• при детектировании на приемной стороне используется высокостабильный опорный генератор который вообще не синхронизируется. Для детектирования используется местная несущая отличающаяся от передаваемой на ??. При этом возникает сдвиг частот в канале связи (рисунок 45). Если этот сдвиг не превышает 10 Гц для телефонного сигнала, то получатель его не ощущает. Отсюда следуют жесткие требования к стабильности генераторного оборудования систем связи с ОМ.

Рисунок 45 - Процесс сдвига частот в канале связи