Ministerul General şi învăţământul profesional Federația Rusă
USTU-UPI numit după S.M. Kirov
Bazele teoretice ale ingineriei radio
ANALIZA SEMNALELOR RADIO ȘI CALCULUL CARACTERISTICILOR FILTRELOR POTRIVITE OPTIME
PROIECT DE CURS
Ekaterinburg 2001
Introducere
Calculul acf unui semnal dat
Concluzie
Lista de simboluri
Lista bibliografică
Eseu
Informația a fost întotdeauna apreciată, iar odată cu dezvoltarea omenirii, informațiile devin din ce în ce mai multe. Fluxurile de informații s-au transformat în râuri uriașe.
Ca urmare, au apărut mai multe probleme de comunicare.
Informația a fost întotdeauna apreciată pentru fiabilitatea și completitudinea ei, așa că există o luptă pentru a le transmite fără pierderi și distorsiuni. Cu încă o problemă la alegerea unui semnal optim.
Toate acestea sunt transferate în inginerie radio, unde se dezvoltă recepția, transmiterea și procesarea acestor semnale. Viteza și complexitatea semnalelor transmise devin din ce în ce mai complexe echipamente.
Pentru a obține și consolida cunoștințe privind procesarea celor mai simple semnale în cursul de formare există o sarcină practică.
In acest termen de hârtie se consideră un pachet coerent dreptunghiular, format din N impulsuri radio trapezoidale (durata superioară este egală cu o treime din durata de bază), unde:
a) frecvență purtătoare, 1,11 MHz
b) durata impulsului (durata de bază), 15 μs
c) rata de repetare, 11,2 kHz
d) numărul de impulsuri dintr-un pachet,9
Pentru un anumit tip de semnal, este necesar să se producă (aducă):
calculul ACF
Calculul spectrului de amplitudine și al spectrului de energie
Calculul răspunsului la impuls, filtru potrivit
Densitatea spectrală - există un coeficient de proporționalitate între lungimea unui interval mic de frecvență D fşi amplitudinea complexă corespunzătoare a semnalului armonic D A cu frecvenţa f0.
Reprezentarea spectrală a semnalelor deschide o cale directă către analiza trecerii semnalelor printr-o clasă largă de circuite, dispozitive și sisteme radio.
Spectrul de energie este util pentru obținerea diferitelor estimări de inginerie care stabilesc lățimea reală a spectrului unui anumit semnal. Pentru a cuantifica gradul de diferență de semnal U(t)și copia sa decalată în timp U(t- t) acceptat să introducă ACF.
Fixăm un moment arbitrar de timp și încercăm să alegem funcția în așa fel încât valoarea să atingă valoarea maximă posibilă. Dacă o astfel de funcție există într-adevăr, atunci filtrul liniar corespunzător se numește filtru potrivit.
Introducere
Lucrările de curs privind partea finală a subiectului „Teoria semnalelor și circuitelor radio” acoperă secțiuni ale cursului dedicate bazelor teoriei semnalelor și filtrarea lor liniară optimă.
Obiectivele lucrării sunt:
studiul timpului şi caracteristici spectrale semnale radio pulsate utilizate în radar, radionavigație, telemetrie radio și domenii conexe;
dobândirea de competențe în calculul și analiza caracteristicilor de corelație și spectrale semnale deterministe(funcții de autocorelare, spectre de amplitudine și spectre de energie).
În cadrul cursului pentru un anumit tip de semnal, trebuie să:
calculul ACF.
Calculul spectrului de amplitudine și al spectrului de energie.
Răspunsul la impuls al unui filtru potrivit.
Această lucrare de curs ia în considerare un pachet dreptunghiular coerent de impulsuri radio trapezoidale.
Parametrii semnalului:
frecvență purtătoare (frecvență de umplere radio), 1,11 MHz
durata impulsului, (durata de bază) 15 µs
rata de repetiție, 11,2 kHz
numărul de impulsuri dintr-un pachet, 9
Funcția de autocorelare (ACF) a unui semnal U(t) servește la cuantificarea gradului de diferență de semnal U(t)și copia sa decalată în timp 
(0.1)
iar la t= 0 ACF devine egal cu energia semnalului. ACF are cele mai simple proprietăți:
proprietate de paritate:
Acestea. K U( t) =K U( - t).
pentru orice valoare a decalajului de timp t Modulul ACF nu depășește energia semnalului: ½ K U( t) ½£ K U( 0 ), care decurge din inegalitatea Cauci-Bunyakovsky.
Deci, ACF este reprezentat de o curbă simetrică cu un maxim central, care este întotdeauna pozitiv, iar în cazul nostru, ACF are și un caracter oscilator. Trebuie remarcat faptul că ACF este legat de spectrul de energie al semnalului: 
; (0.2)
unde ½ G
(w) ½ modul pătrat de densitate spectrală. Prin urmare, este posibil să se evalueze proprietățile de corelare ale semnalelor pe baza distribuției energiei lor pe spectru. Cu cât lățimea de bandă a semnalului este mai largă, cu atât lobul principal al funcției de autocorelare este mai îngust și semnalul este mai perfect în ceea ce privește posibilitatea de a măsura cu precizie momentul declanșării acestuia.
Este adesea mai convenabil să obțineți mai întâi funcția de autocorelare și apoi, folosind transformata Fourier, să găsiți spectrul de energie al semnalului. Spectrul de energie - este o dependență ½ G (w) ½ din frecvență.
Filtrele potrivite cu semnalul au următoarele proprietăți:
Semnalul la ieșirea filtrului potrivit și funcția de corelare a zgomotului de ieșire au forma funcției de autocorelare a utilului semnal de intrare.
Printre toate filtre liniare filtrul potrivit oferă la ieșire raportul maxim dintre valoarea de vârf a semnalului și valoarea RMS a zgomotului.
Calculul acf unui semnal dat
Fig.1. Explozie dreptunghiulară coerentă de impulsuri radio trapezoidale
În cazul nostru, semnalul este un pachet dreptunghiular de impulsuri radio trapezoidale (durata superioară egală cu o treime din durata de bază) ( vezi fig. 1)în care numărul de impulsuri N=9, iar durata impulsului T i =15 μs.
Fig.2. Schimbați copia anvelopei semnalului
|
|
|
Pentru valoarea deplasării T aparținând intervalului de la zero la o treime din durata impulsului, este necesar să se rezolve integrala:
Rezolvând această integrală, obținem o expresie pentru lobul principal al ACF al unei deplasări date a unei copii a anvelopei semnalului:
Pentru T aparținând intervalului de la o treime la două treimi din durata pulsului, obținem următoarea integrală:
Rezolvând-o, obținem:
Pentru T, care aparține intervalului de la două treimi din durata pulsului până la durata pulsului, integrala are forma:
Prin urmare, ca rezultat al soluției, avem:
Luând în considerare proprietatea de simetrie (paritatea) a ACF (vezi introducerea) și relația care conectează ACF a semnalului radio și ACF a anvelopei sale complexe: 
avem funcțiile pentru lobul principal al ACF al anvelopei ko (T) a pulsului radio și ACF al pulsului radio Ks (T):
în care funcțiile de intrare au forma:
Astfel, pe figura 3 se arată lobul principal al ACF al pulsului radio și anvelopa acestuia, adică. când, ca urmare a unei deplasări a unei copii a semnalului, când sunt implicate toate cele 9 impulsuri ale exploziei, i.e. N = 9.
Se poate observa că ACF-ul pulsului radio are un caracter oscilator, dar maximul este neapărat în centru. Cu o schimbare suplimentară, numărul de impulsuri care se intersectează ale semnalului și ale copiei acestuia va scădea cu unul și, în consecință, amplitudinea după fiecare perioadă de repetare T ip = 89,286 μs.
Prin urmare, în sfârșit, ACF va arăta figura 4 ( 16 petale, care diferă de cea principală doar prin amplitudini) dat fiind , că în această figură T=T ip .:
Orez. 3. ACF al lobului principal al unui impuls radio și a anvelopei acestuia
Orez. 4. ACF al unei explozii dreptunghiulare coerente de impulsuri radio trapezoidale
Orez. 5. Plicul unei explozii de impulsuri radio.
Densitatea spectrală și calculul spectrului energetic
Pentru a calcula densitatea spectrală, vom folosi, ca și în calculele ACF, funcțiile anvelopei semnalului radio ( vezi fig.2), care arata ca:
și transformata Fourier pentru a obține funcții spectrale, care, ținând cont de limitele de integrare pentru al n-lea impuls, vor fi calculate prin formulele:
pentru anvelopa pulsului radio și:
pentru pulsul radio, respectiv.
Graficul acestei funcții este prezentat în ( Fig.5).
în figură, pentru claritate, se ia în considerare un interval de frecvență diferit
Orez. 6. Densitatea spectrală a anvelopei semnalului radio.
Așa cum era de așteptat, maximul principal este situat în centru; la frecventa w =0.
Spectrul de energie este egal cu pătratul densității spectrale și, prin urmare, graficul spectrului arată ca ( poza 6) acestea. foarte asemănător cu o diagramă de densitate spectrală:
Orez. 7. Spectrul energetic al anvelopei semnalului radio.
Forma densității spectrale pentru semnalul radio va fi diferită, deoarece în loc de un maxim la w = 0, se vor observa două maxime la w = ±wo, adică. spectrul pulsului video (anvelopa semnalului radio) este transferat în regiune frecvente inalte cu o înjumătățire a valorii absolute a maximelor ( vezi fig.7). Forma spectrului de energie al semnalului radio va fi, de asemenea, foarte asemănătoare cu forma densității spectrale a semnalului radio, adică. spectrul va fi de asemenea transferat în regiunea de înaltă frecvență și se vor observa și două maxime ( vezi fig.8).
Orez. 8. Densitatea spectrală a unei explozii de impulsuri radio.
Calculul răspunsului la impuls și recomandări pentru construirea unui filtru potrivit
După cum știți, împreună cu semnalul util, zgomotul este adesea prezent și, prin urmare, cu un semnal util slab, uneori este dificil să determinați dacă există sau nu un semnal util.
Pentru a primi un semnal deplasat în timp pe fundalul zgomotului gaussian alb (zgomotul gaussian alb „BGS” are o densitate de distribuție uniformă) n (t) adică YT)= + n (t), raportul de probabilitate la recepționarea unui semnal de formă cunoscută are forma:
Unde Nu este densitatea spectrală a zgomotului.
Așadar, ajungem la concluzia că prelucrarea optimă a datelor primite este esența integralei de corelație
Funcția rezultată este operația esențială care trebuie efectuată asupra semnalului observat pentru a lua în mod optim (din punctul de vedere al criteriului minim al riscului mediu) o decizie cu privire la prezența sau absența unui semnal util.
Nu există nicio îndoială că această operație poate fi implementată printr-un filtru liniar.
Într-adevăr, semnalul la ieșirea filtrului de răspuns la impuls g(t) se pare ca:
După cum se poate vedea, atunci când starea g(r-x) = K ×S (r- t) aceste expresii sunt echivalente și apoi după înlocuire t = r-x primim:
Unde LA este constantă și la este timpul fix la care se observă semnalul de ieșire.
Un filtru cu acest răspuns la impuls g(t)( vezi mai sus) se numeste consistent.
Pentru a determina răspunsul la impuls, este nevoie de un semnal Sf) trece la la la stânga, adică obțineți funcția S (la + t),și funcția S (la - t) obtinut prin oglindirea semnalului fata de axa de coordonate, i.e. răspuns la impuls a filtrului potrivit va fi egal cu semnalul de intrare și, în același timp, obținem raportul maxim semnal-zgomot la ieșirea filtrului potrivit.
 |
Cu semnalul nostru de intrare, pentru a construi un astfel de filtru, trebuie mai întâi să creați o legătură pentru formarea unui impuls trapezoidal, circuitul prezentat în ( Fig.9).
Orez. 10. Legătură pentru formarea unui impuls radio cu o anvelopă dată.
La intrarea legăturii de formare a impulsurilor radio cu un anvelopă dat (vezi Fig. 9), se aplică semnalul anvelopei semnalului radio (în cazul nostru, un trapez).
În legătura oscilativă se formează un semnal armonic cu frecvența purtătoare w® (în cazul nostru, 1,11 MHz), prin urmare, la ieșirea acestei legături, avem un semnal armonic cu frecvența wо.
De la ieșirea legăturii oscilatorii, semnalul este alimentat la sumator și la legătura liniei de întârziere a semnalului la Ti (în cazul nostru, Ti = 15 μs), iar de la ieșirea legăturii de întârziere, semnalul este alimentat la comutatorul de fază (este necesar pentru ca după terminarea pulsului să nu existe semnal radio la ieșirea sumatorului) .
După comutatorul de fază, semnalul este, de asemenea, transmis la sumator. La ieșirea sumatorului, în cele din urmă, avem impulsuri radio trapezoidale cu o frecvență de umplere radio wо, i.e. semnal g(t).
 |
Deoarece trebuie să obținem un pachet coerent de 9 impulsuri video trapezoidale, este necesar să trimitem un semnal g (t) către legătura pentru formarea unui astfel de pachet cu un circuit care arată ca (Fig. 10):
Orez. 11. Legătură pentru formarea unui pachet coerent.
Semnalul g (t) este alimentat la intrarea legăturii coerente de formare a exploziei, care este un impuls radio trapezoidal (sau o secvență de impulsuri radio trapezoidale).
Apoi, semnalul merge la sumator și la blocul de întârziere, în care semnalul de intrare este întârziat pentru perioada impulsurilor din rafală. bacsisînmulțit cu numărul pulsului minus unu, adică ( N-1), iar din partea de ieșire a întârzierii din nou la sumator .
Astfel, la ieșirea legăturii de formare a exploziei coerente (adică, la ieșirea sumatorului), avem o explozie coerentă dreptunghiulară de impulsuri radio trapezoidale, care trebuia să fie implementată.
Concluzie
În cursul lucrărilor, au fost efectuate calculele corespunzătoare și au fost construite grafice pe acestea, se poate judeca complexitatea procesării semnalului. Pentru a simplifica calculul matematic, au fost realizate pachetele MathCAD 7.0 și MathCAD 8.0. acest lucru este o parte necesară curs de pregatire astfel încât studenții să aibă o idee despre caracteristicile utilizării diferitelor semnale radio pulsate în radar, radionavigație și telemetrie radio și să poată proiecta, de asemenea, filtrul optim, contribuind astfel modestă la „lupta” pentru informare.
Lista de simboluri
wo - frecventa umplerii radio;
w- frecvență
T, ( t)- Schimbarea timpului;
Ti - durata pulsului radio;
bacsis - perioada de repetare a impulsurilor radio într-un pachet;
N - numărul de impulsuri radio dintr-un pachet;
t - timp;
Lista bibliografică
1. Baskakov S.I. " Circuite radioși semnale: Un manual pentru universități pe special. „Inginerie radio””. - ed. a II-a, revăzută și suplimentară - M .: Liceu, 1988 - 448 p.: ill.
2. „ANALIZA SEMNALELOR RADIO ȘI CALCULUL CARACTERISTICILOR FILTRELOR POTRIVITE OPTIMALE: Instrucțiuni la lucrarea de termen la cursul „Teoria semnalelor și circuitelor radio” „/ Kibernichenko V.G., Doroinsky L.G., Sverdlovsk: UPI 1992.40 p.
3. „Dispozitive de amplificare”: Manual: un ghid pentru universități. - M.: Radio și comunicare, 1989. - 400 p.: ill.
4. Buckingham M. „Zgomote în aparate electroniceși sisteme”/ Tradus din engleză - M .: Mir, 1986
Principalii parametri ai semnalului radio. Modulare
§ Puterea semnalului
§ Energia semnalului specific
§ Durata semnalului T determină intervalul de timp în care semnalul există (diferit de zero);
§ Intervalul dinamic este raportul dintre cea mai mare putere a semnalului instantaneu și cea mai mică:
§ Lăţimea spectrului de semnal F - banda de frecvenţă în care se concentrează energia principală a semnalului;
§ Baza semnalului este produsul dintre durata semnalului și lățimea spectrului acestuia. Trebuie remarcat faptul că există o relație inversă între lățimea spectrului și durata semnalului: cu cât spectrul este mai scurt, cu atât durata semnalului este mai lungă. Astfel, valoarea bazei rămâne practic neschimbată;
§ Raportul semnal-zgomot este egal cu raportul dintre puterea semnalului util și puterea zgomotului (S/N sau SNR);
§ Cantitatea de informatii transmise caracterizeaza debitului canal de comunicare necesar 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 transmisia de date prin canal cu o probabilitate de eroare care nu depășește una dată. Eficiența energetică definește puterea minimă a transmițătorului necesară pentru o performanță 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 rata de transfer de date și lățimea de bandă utilizată a canalului radio.
- AMperi: 0,83
- NMT: 0,46
- GSM: 1,35
§ Stabilitatea la efectele canalului de transmisie caracterizează fiabilitatea datelor transmise atunci când semnalul este expus unor distorsiuni specifice: estompare din cauza propagării pe mai multe căi, limitarea lățimii de bandă, zgomot concentrat în frecvență sau timp, efectul Doppler etc.
§ Cerinţe pentru liniaritatea amplificatoarelor. Pentru a amplifica semnalele cu unele tipuri de modulație, pot fi utilizate amplificatoare neliniare de clasă C, care pot reduce semnificativ consumul de energie al emițătorului, în timp ce nivelul radiației în afara benzii nu depășește limitele admise. Acest factor este deosebit de important pentru sistemele de comunicații mobile.
Modulare(lat. modulatio - regularitate, ritm) - procesul de modificare a unuia sau mai multor parametri ai unei oscilații purtătoare de înaltă frecvență conform legii unui semnal informațional de joasă frecvență (mesaj).
Informația transmisă este încorporată în semnalul de control (modulator), iar rolul purtătorului de informații este îndeplinit de o oscilație de înaltă frecvență numită purtător. Prin urmare, modulația este procesul de „aterizare” a unui val de informații pe un purtător cunoscut.
Ca rezultat al modulării, spectrul semnalului de control de joasă frecvență este transferat în regiunea de înaltă frecvență. Acest lucru vă permite să configurați funcționarea tuturor transceiver-urilor la frecvențe diferite atunci când organizați difuzarea, 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.). Modulare semnal discret numită modulație digitală sau keying.
Se apelează semnale radio undele electromagnetice sau vibrații electrice de înaltă frecvență care încapsulează mesajul transmis. Pentru a forma un semnal, parametrii oscilațiilor de înaltă frecvență sunt modificați (modulați) folosind semnale de control, care sunt tensiuni care se modifică conform unei legi date. Oscilațiile armonice de înaltă frecvență sunt de obicei utilizate ca și modulate:
unde w 0 \u003d 2π f 0 – frecvență purtătoare înaltă;
U 0 este amplitudinea oscilațiilor de înaltă frecvență.
Cele mai simple și mai frecvent utilizate semnale de control sunt oscilație armonică
unde Ω este o frecvență joasă, mult mai mică decât w 0 ; ψ este faza inițială; U m - amplitudine, precum și semnale de impuls dreptunghiulare, care se caracterizează prin faptul că valoarea tensiunii U ex ( t)=Uîn intervalele de timp τ și, numită durata impulsurilor, și este egală cu zero în intervalul dintre impulsuri (Fig. 1.13). Valoare Tși se numește perioada de repetare a pulsului; Fși =1/ T si este frecventa repetarii lor. Raportul perioadei pulsului T iar la durata τ și se numește duty cycle Q proces de impuls: Q=Tși /τ și.
Fig.1.13. Tren de impulsuri dreptunghiulare
În funcție de ce parametru al oscilației de înaltă frecvență este modificat (modulat) cu ajutorul unui semnal de control, se distinge modulația de amplitudine, frecvență și fază.
Cu modularea în amplitudine (AM) a oscilațiilor de înaltă frecvență cu o tensiune sinusoidală de joasă frecvență cu o frecvență de Ω mod, se formează un semnal, a cărui amplitudine se modifică în timp (Fig. 1.14):
Parametru m=U m/ U 0 se numește factor de modulație de amplitudine. Valorile sale sunt în intervalul de la unu la zero: 1≥m≥0. Factorul de modulație exprimat ca procent (de ex. m×100%) se numește adâncimea modulației de amplitudine.
Orez. 1.14. Semnal radio modulat în amplitudine
Cu modularea de fază (PM) a unei oscilații de înaltă frecvență cu o tensiune sinusoidală, amplitudinea semnalului rămâne constantă, iar faza sa primește un increment suplimentar Δy sub influența tensiunii de modulare: Δy= k FM U m sinW mod t, Unde k FM - coeficient de proporționalitate. Un semnal de înaltă frecvență cu modulație de fază conform unei legi sinusoidale are forma
La modulația de frecvență Semnalul de control (FM) modifică frecvența oscilațiilor de înaltă frecvență. Dacă tensiunea de modulare se modifică conform unei legi sinusoidale, atunci valoarea instantanee a frecvenței oscilațiilor modulate w \u003d w 0 + k Cupa Mondială U m sinW mod t, Unde k FM - coeficient de proporționalitate. Cea mai mare modificare a frecvenței w față de valoarea medie w 0 egală cu Δw М = k Cupa Mondială U m, se numește abatere de frecvență. Semnalul modulat în frecvență poate fi scris după cum urmează:
Valoarea egală cu raportul dintre abaterea frecvenței și frecvența de modulație (Δw m / W mod = m FM) se numește raportul de modulație a frecvenței.
Figura 1.14 prezintă semnale de înaltă frecvență pentru AM, PM și FM. În toate cele trei cazuri, se folosește aceeași tensiune de modulare. U mod, schimbându-se conform legii dinților de ferăstrău simetric U mod ( t)= k Maud t, Unde k mod >0 pe intervalul de timp 0 t 1 și k Maud<0 на отрезке t 1 t 2 (Fig. 1.15, a).
Cu AM, frecvența semnalului rămâne constantă (w 0), iar amplitudinea se modifică conform legii tensiunii de modulare U AM ( t) = U 0 k Maud t(Fig. 1.15, b).
Semnalul cu frecvență modulată (Fig. 1.15, c) este caracterizat printr-o amplitudine constantă și o schimbare lină a frecvenței: w( t) = w0 + k Cupa Mondială t. În intervalul de timp de la t=0 la t 1 frecvența de oscilație crește de la valoarea w 0 la valoarea w 0 + k Cupa Mondială t 1 , iar pe segmentul din t 1 la t 2 frecvența scade din nou la valoarea w 0 .
Semnalul modulat în fază (Fig. 1.15, d) are o amplitudine și un salt de frecvență constant. Să explicăm acest lucru analitic. Cu FM sub influența tensiunii de modulare
Fig.1.15. Vedere comparativă a oscilațiilor modulate cu AM, FM și FM:
a - tensiune de modulare; b – semnal modulat în amplitudine;
c – semnal cu frecvenţă modulată; d - semnal modulat de fază
faza semnalului primește un increment suplimentar Δy= k FM t, prin urmare, un semnal de înaltă frecvență cu modulație de fază conform legii dinților de ferăstrău are forma
Astfel, pe intervalul 0 t 1 frecvența este w 1 >w 0 , iar pe segment t 1 t 2 este egal cu w 2 La transmiterea unei secvențe de impulsuri, de exemplu, se poate utiliza și un cod digital binar (Fig. 1.16, a), AM, FM și FM. Acest tip de modulație se numește keying sau telegrafie (AT, CT și FT). Fig.1.16. Vedere comparativă a oscilațiilor manipulate în AT, PT și FT Cu telegrafia de amplitudine, se formează o secvență de impulsuri radio de înaltă frecvență, a căror amplitudine este constantă pe durata impulsurilor modulante τ și, și este egală cu zero în restul timpului (Fig. 1.16, b). Cu telegrafia cu frecvență, se formează un semnal de înaltă frecvență cu o amplitudine constantă și o frecvență care ia două valori posibile (Fig. 1.16, c). Cu telegrafia de fază, se formează un semnal de înaltă frecvență cu o amplitudine și o frecvență constante, a cărui fază se modifică cu 180 ° conform legii semnalului modulator (Fig. 1.16, d). Prelegerea #5
T
tema #2:
Transmiterea mesajelor DISCRETE Tema cursului:
SEMNALELE RADIO DIGITALE SI LOR Pentru sistemele de transmisie a datelor, cerința de fiabilitate a informațiilor transmise este cea mai importantă. Acest lucru necesită un control logic al proceselor de transmitere și recepție a informațiilor. Acest lucru devine posibil atunci când semnalele digitale sunt utilizate pentru a transmite informații într-o formă formalizată. Astfel de semnale fac posibilă unificarea bazei elementului și utilizarea codurilor de corecție care asigură o creștere semnificativă a imunității la zgomot. În prezent, pentru transmiterea de mesaje (date) discrete, de regulă, se folosesc așa-numitele canale de comunicare digitală. Purtătorii de mesaje în canalele de comunicații digitale sunt semnale digitale sau semnale radio dacă sunt utilizate linii de comunicație radio. Parametrii de informare în astfel de semnale sunt amplitudinea, frecvența și faza. Printre parametrii însoțitori, faza oscilației armonice ocupă un loc aparte. Dacă faza oscilației armonice pe partea de recepție este cunoscută cu precizie și aceasta este utilizată la recepție, atunci se consideră un astfel de canal de comunicație coerent. ÎN incoerentÎn canalul de comunicație, faza oscilației armonice pe partea de recepție nu este cunoscută și se presupune că aceasta este distribuită conform unei legi uniforme în intervalul de la 0 la 2
.
Procesul de conversie a mesajelor discrete în semnale digitale în timpul transmisiei și a semnalelor digitale în mesaje discrete în timpul recepției este ilustrat în Fig. 2.1. Fig.2.1. Procesul de conversie a mesajelor discrete în timpul transmiterii lor Aici se ține cont de faptul că operațiunile principale de conversie a unui mesaj discret într-un semnal radio digital și invers corespund diagramei bloc generalizate a sistemului de transmitere a mesajelor discrete discutată în ultima prelegere (prezentată în Fig. 3). Luați în considerare principalele tipuri de semnale radio digitale. Schimbarea amplitudinii (AMn). Exprimarea analitică a semnalului AMn pentru orice moment de timp t se pare ca: s AMn (t,
)= A 0
(t)
cos(
t
)
,
(2.1) Unde A 0
,
Și
- amplitudinea, frecvența purtătoare ciclică și faza inițială a semnalului radio AMn,
(t) – semnal digital primar (parametru de informație discretă). O altă formă de scriere este adesea folosită: s 1
(t)
=
0
la
=
0,
s 2
(t)
= A 0
cos(
t
) la
=
1,
0
t
T ,(2.2) care este utilizat în analiza semnalelor AMn într-un interval de timp egal cu un interval de ceas T. Deoarece s(t)
=
0 la
=
0, atunci semnalul AMn este adesea denumit semnal cu o pauză pasivă. Implementarea semnalului radio AMn este prezentată în Fig. 2.2. Fig.2.2. Implementarea semnalului radio AM Densitatea spectrală a semnalului AMn are atât o componentă continuă, cât și una discretă la frecvența purtătoare.
. Componenta continuă este densitatea spectrală a semnalului digital transmis
(t) transferat în regiunea frecvenței purtătoare. Trebuie remarcat faptul că componenta discretă a densității spectrale are loc numai la o fază inițială constantă a semnalului.
. În practică, de regulă, această condiție nu este îndeplinită, deoarece, ca urmare a diferiților factori destabilizatori, faza inițială a semnalului se schimbă aleatoriu în timp, adică. este un proces aleatoriu
(t) și este distribuit uniform în intervalul [-
;
]. Prezența unor astfel de fluctuații de fază duce la „încețoșarea” componentei discrete. Această caracteristică este, de asemenea, caracteristică altor tipuri de manipulare. Figura 2.3 prezintă densitatea spectrală a semnalului radio AMn. Fig.2.3. Densitatea spectrală a semnalului radio AMn cu un semnal aleator, uniform distribuit în intervalul [-
;
] faza initiala
Puterea medie a semnalului radio AM este egală cu Pentru a forma semnalul radio AMn, se folosește de obicei un dispozitiv care asigură o modificare a nivelului de amplitudine a semnalului radio conform legii semnalului digital primar transmis.
(t) (de exemplu, un modulator de amplitudine). Modulația de amplitudine (AM) este cea mai simplă și cea mai comună metodă în ingineria radio de a pune informații în oscilații de înaltă frecvență. Cu AM, anvelopa amplitudinilor oscilației purtătorului se modifică conform unei legi care coincide cu legea modificării mesajului transmis, în timp ce frecvența și faza inițială a oscilației sunt menținute neschimbate. Prin urmare, pentru un semnal radio modulat în amplitudine, expresia generală (3.1) poate fi înlocuită cu următoarea: Natura plicului A(t) este determinată de tipul mesajului transmis. Cu comunicare continuă (Fig. 3.1, a), oscilația modulată ia forma prezentată în Fig. 3.1b. Plicul A(t) coincide ca formă cu funcția de modulare, adică cu mesajul transmis s (t). Figura 3.1, b este construită din ipoteza că componenta constantă a funcției s(t) este egală cu zero (în caz contrar, amplitudinea oscilației purtătorului în timpul modulării poate să nu coincidă cu amplitudinea oscilației nemodulate). Cea mai mare modificare A(t) „în jos” nu poate fi mai mare decât . Schimbarea „în sus” poate fi, în principiu, mai mare. Parametrul principal al oscilației modulate în amplitudine este coeficientul de modulație. Orez. 3.1. Funcția de modulare (a) și oscilația modulată în amplitudine (b) Definiția acestui concept este deosebit de clară pentru modularea tonului, atunci când funcția de modulare este o oscilație armonică: În acest caz, anvelopa oscilației modulate poate fi reprezentată ca unde este frecvența de modulație; - faza initiala a plicului; - coeficient de proporţionalitate; - modificarea amplitudinii anvelopei (Fig. 3.2). Orez. 3.2. O oscilație modulată în amplitudine de o funcție armonică Orez. 3.3. Oscilație modulată de amplitudinea trenului de impulsuri Atitudine se numește factor de modulație. Astfel, valoarea instantanee a oscilației modulate Cu modulația nedistorsionată, amplitudinea oscilației variază de la minim la maxim. În conformitate cu modificarea amplitudinii, se modifică și puterea oscilației modulate media pe perioada de înaltă frecvență. Vârfurile anvelopei corespund unei puteri de 14 ori mai mare decât puterea undei purtătoare.Puterea medie pe perioada de modulație este proporțională cu pătratul mediu al amplitudinii A(t): Această putere depășește puterea undei purtătoare doar cu un factor de 1. Astfel, la modulație de 100% (M = 1), puterea de vârf este egală cu și puterea medie (puterea undei purtătoare se notează cu). Aceasta arată că creșterea puterii oscilației datorată modulației, care determină practic condițiile de izolare a mesajului la recepție, chiar și la adâncimea limită a modulației nu depășește jumătate din puterea oscilației purtătoarei. La transmiterea mesajelor discrete, care sunt o alternanță de impulsuri și pauze (Fig. 3.3, a), oscilația modulată are forma unei secvențe de impulsuri radio prezentate în Fig. 3.3b. Aceasta înseamnă că fazele de umplere de înaltă frecvență în fiecare dintre impulsuri sunt aceleași ca atunci când sunt „tăiate” dintr-o oscilație armonică continuă. Numai în această condiție, prezentată în fig. 3.3, b, succesiunea impulsurilor radio poate fi interpretată ca o oscilație modulată doar în amplitudine. Dacă faza se schimbă de la puls la puls, atunci ar trebui să vorbim de modulație mixtă amplitudine-unghi.Caracteristici Introducere
2.1. Înțelegerea mesajelor discrete
2.2. Caracteristicile semnalelor radio digitale
2.2.1. Semnale radio cu cheie de schimbare a amplitudinii (aMn)
. Această putere este distribuită în mod egal între componentele continue și discrete ale densității spectrale. În consecință, în semnalul radio AMn, ponderea componentei continue datorată transmiterii de informații utile reprezintă doar jumătate din puterea emisă de emițător.
Se încarcă...