Typy signálů používaných v radiokomunikačních systémech. Cvičení: Analýza rádiových signálů a výpočet charakteristik optimálně přizpůsobených filtrů Obecné informace a parametry rádiových signálů

Rádiové signály se nazývají elektromagnetické vlny nebo elektrické vysokofrekvenční oscilace, které obsahují přenášenou zprávu. Pro vytvoření signálu se parametry vysokofrekvenčních kmitů mění (modulují) pomocí řídicích signálů, což jsou napětí, která se mění podle daného zákona. Harmonické vysokofrekvenční oscilace se obvykle používají jako modulované:

kde w 0 \u003d 2π F 0 – vysoká nosná frekvence;

U 0 je amplituda vysokofrekvenčních oscilací.

Mezi nejjednodušší a nejčastěji používané řídicí signály patří harmonické kmitání

kde Ω je nízká frekvence, mnohem menší než w 0; ψ je počáteční fáze; U m - amplituda, stejně jako obdélníkové impulsní signály, které se vyznačují tím, že hodnota napětí U ex ( t)=U během časových intervalů τ a, nazývaných doba trvání impulsů, a je rovna nule během intervalu mezi impulsy (obr. 1.13). Hodnota T a nazývá se perioda opakování pulzu; F a =1/ T a je to frekvence jejich opakování. Poměr period pulzů T a na dobu trvání τ a nazývá se pracovní cyklus Q impulsní proces: Q=T a /τ a.

Obr.1.13. Obdélníkový sled pulzů

Podle toho, který parametr vysokofrekvenčního kmitání se pomocí řídícího signálu mění (moduluje), se rozlišuje amplitudová, frekvenční a fázová modulace.

Při amplitudové modulaci (AM) vysokofrekvenčních kmitů nízkofrekvenčním sinusovým napětím o frekvenci Ω mod vzniká signál, jehož amplituda se mění s časem (obr. 1.14): Obr.

Parametr m=U m / U 0 se nazývá faktor amplitudové modulace. Jeho hodnoty jsou v rozmezí od jedné do nuly: 1≥m≥0. Modulační faktor vyjádřený v procentech (tj. m×100 %) se nazývá hloubka amplitudové modulace.

Rýže. 1.14. Amplitudově modulovaný rádiový signál

Při fázové modulaci (PM) vysokofrekvenčního kmitání sinusovým napětím zůstává amplituda signálu konstantní a jeho fáze dostává další přírůstek Δy vlivem modulačního napětí: Δy= k FM U m sinW mod t, Kde k FM - koeficient proporcionality. Vysokofrekvenční signál s fázovou modulací podle sinusového zákona má tvar

Při frekvenční modulaci (FM) mění řídicí signál frekvenci vysokofrekvenčních oscilací. Pokud se modulační napětí mění podle sinusového zákona, pak okamžitá hodnota frekvence modulovaných oscilací w \u003d w 0 + k Světový pohár U m sinW mod t, Kde k FM - koeficient proporcionality. Největší změna frekvence w vzhledem k její průměrné hodnotě w 0 rovna Δw М = k Světový pohár U m, se nazývá frekvenční odchylka. Frekvenčně modulovaný signál lze zapsat následovně:

Hodnota rovna poměru frekvenční odchylky k modulační frekvenci (Δw m / W mod = m FM) se nazývá frekvenční modulační poměr.

Obrázek 1.14 ukazuje vysokofrekvenční signály pro AM, PM a FM. Ve všech třech případech je použito stejné modulační napětí. U mod, měnící se podle symetrického pilového zákona U mod( t)= k Přehoz t, Kde k mod >0 na časovém intervalu 0 t 1 a k Přehoz<0 на отрезке t 1 t 2 (obr. 1.15, a).

U AM zůstává frekvence signálu konstantní (w 0) a amplituda se mění podle zákona modulačního napětí U AM ( t) = U 0 k Přehoz t(obr. 1.15, b).

Frekvenčně modulovaný signál (obr. 1.15, c) je charakterizován konstantní amplitudou a plynulou změnou frekvence: w( t) = w0 + k Světový pohár t. V časovém rozpětí od t= 0 až t 1 se frekvence kmitání zvyšuje z hodnoty w 0 na hodnotu w 0 + k Světový pohár t 1 a na segmentu od t 1 až t 2 frekvence opět klesá na hodnotu w 0 .

Fázově modulovaný signál (obr. 1.15, d) má konstantní amplitudu a frekvenční skoky. Pojďme si to vysvětlit analyticky. S FM pod vlivem modulačního napětí

Obr.1.15. Srovnávací pohled na modulované oscilace s AM, FM a FM:
a - modulační napětí; b – amplitudově modulovaný signál;
c – frekvenčně modulovaný signál; d - fázově modulovaný signál

fáze signálu obdrží další přírůstek Δy= k FM t, proto má vysokofrekvenční signál s fázovou modulací podle pilového zákona tvar

Tedy na segmentu 0 t 1 je frekvence w 1 >w 0 a na segmentu t 1 t 2 se rovná w 2

Při vysílání posloupnosti impulsů lze také použít například binární digitální kód (obr. 1.16, a), AM, FM a FM. Tento typ modulace se nazývá klíčování nebo telegrafie (AT, CT a FT).

Obr.1.16. Srovnávací pohled na řízené kmity v AT, PT a FT

Při amplitudové telegrafii se vytváří sekvence vysokofrekvenčních rádiových pulsů, jejichž amplituda je konstantní po dobu trvání modulačních pulsů τ a a po zbytek času je rovna nule (obr. 1.16, b).

Při frekvenční telegrafii se vytváří vysokofrekvenční signál s konstantní amplitudou a frekvencí, která nabývá dvou možných hodnot (obr. 1.16, c).

S fázovou telegrafií se vytváří vysokofrekvenční signál s konstantní amplitudou a frekvencí, jehož fáze se mění o 180 ° podle zákona modulačního signálu (obr. 1.16, d).

Pulzní signály jsou závislé na proudu. Jejich použití v elektroenergetice je určováno především telemetrickými monitorovacími, řídicími a opravárenskými ochrannými systémy. Pulzní signály pro přenos energie se nepoužívají. Je to dáno jejich širokým energetickým (frekvenčním) spektrem. Mohou být buď periodické, to znamená opakované po určitém časovém intervalu, nebo neperiodické. Hlavním účelem takových signálů je informační.

Základní charakteristiky impulsních signálů.

1) Okamžitou hodnotu pulzního signálu (U(t)) lze určit obdobně jako u sinusového pomocí přístrojů, které reprezentují průběh.

2) Hodnota amplitudy U n charakterizuje nejvyšší hodnotu okamžitého napětí v intervalu periody T. Perioda studia pulzního signálu je určena body na úrovni 0,5 amplitudy.

3) Doba náběhu náběžné hrany t f + - časový interval mezi body odpovídajícími 0,1U m a 0,9U m . Náběžná hrana charakterizuje stupeň růstu signálu, tzn. jak rychle dosáhne impuls z hladiny 0 U m . V ideálním případě by se t f + mělo rovnat nule, ale v praxi se tento interval nikdy nerovná nule, t f » 10 nC.

4) Doba doznívání (zadní hrana) t f - se určuje obdobně z hladiny 0,1 až 0,9 při amplitudě, ale při doznívání pulzu. Čas odtokové hrany, stejně jako přední, je také konečný. Usiluje se o snížení, protože pokles ovlivňuje trvání pulsu t u.

5) Doba trvání impulsu t u je časový interval určený na úrovni 0,5 amplitudy od náběžné k odtokové hraně. Pro signál je důležitý poměr periody impulsu k době trvání impulsu, nazývaný pracovní cyklus. Čím vyšší je pracovní cyklus, tím vícekrát se impuls ²vejde² do periody opakování T/m = q.

Zvláštním případem pulzního signálu je meandr, který má pracovní cyklus q \u003d 2. Pracovní cyklus nepřímo ukazuje energetickou charakteristiku signálu: čím je větší, tím méně energie signál nese za období. Protože signál je charakterizován různými úrovněmi napětí, používají se pro něj také: efektivní hodnota napětí, analogová forma; průměrná hodnota usměrněného napětí.

U obdélníkových signálů jsou tyto hodnoty stejné. Často zvažte energetickou charakteristiku - výkon signálu. Výkon za periodu P je definován pro obdélníkovou vlnu jako:

Kde P u je pulzní výkon, q je pracovní cyklus

Pulzní výkon může dosahovat velkých hodnot, zatímco průměrný výkon zůstává nízký. Přístroje jsou kontrolovány krátkými pulzy s velkou amplitudou.

6) Koeficient horního poklesu Y =

Spektrum impulsních signálů

w 0 2w 0 3w 0 4w 0 5w 0 6w 0 t

Podle Fourierova rozšíření periodických signálů je impulsní signál také reprezentován jako složený ze součtu mnoha složek. Za prvé je to hlavní harmonická - frekvence studie signálu a její více složek. Ale spolu s nimi toto rozšíření zahrnuje mnoho dalších harmonických, které nejsou násobky hlavní. Jsou to harmonické menší než hlavní a kombinace těchto harmonických s hlavními. Toto znázornění ukazuje, že pulzní signál má širokou šířku pásma. Vše v jednom řádku.

Nízké frekvence poskytují střechu ve formě impulsu. Čím menší jsou tyto složky, tím menší je rozpad vrcholu impulsu. Spolu s tím závisí pracovní cyklus vzestupu a poklesu pulzu na vysokofrekvenčních složkách v rozkladu signálu. Čím vyšší je frekvence, tím strmější jsou fronty pulzů. Pro přenos signálu potřebujete zařízení, které má stejné přenosové koeficienty v celém rozsahu pulzního spektra. Ale takové zařízení je technicky obtížné realizovat. Proto vždy řeší problém: zvolte užší spektrum a lepší parametr hybnosti.

Hlavním kritériem optimalizace je pracovní cyklus přenosu pulzního signálu. Ale dnes v reálných systémech dosahuje 100 Mbaud = 10 8 jednotek informace za sekundu.

Pulzní signály mají tendenci přenášet kladné polarity, protože polarita je určena napájecím napětím, i když se k přenosu informace používají pulsy se zápornou polaritou. Při měření velikosti napětí impulsních signálů věnujte pozornost zařízení: špičkový voltmetr (amplituda), průměrné hodnoty, střední kvadratické hodnoty. Střední a efektivní hodnoty napětí závisí na době trvání impulsu. Špičková hodnota - ne. Přenos pulzních signálů po drátovém vedení vede ke znatelnému zkreslení signálů: spektrum signálu se ve vysokofrekvenční části zužuje, takže stoupání a klesání pulzu se zvyšuje.

Podle povahy jsou jakékoli elektrické signály rozděleny do 2 skupin: deterministické, náhodné.

První může být kdykoli popsána konkrétní hodnotou (okamžitá hodnota U(t)). Deterministické signály tvoří většinu.

náhodné signály. Povaha jejich vzhledu je předem nepředvídatelná, takže je nelze vypočítat, určit v určitém bodě. Takové signály lze pouze zkoumat, lze provést experiment pro stanovení pravděpodobnostních charakteristik signálů. V energetickém sektoru mezi takové signály patří: interference elektromagnetických polí, která zkreslují hlavní signál. Během úplného nebo částečného vybití mezi přenosovými linkami se objevují další signály. Náhodné signály jsou analyzovány a měřeny pomocí pravděpodobnostních charakteristik. Z hlediska chyb měření jsou náhodné signály a jejich vliv označovány jako dodatečné náhodné chyby. Navíc, pokud je jejich hodnota o řád menší než hlavní náhodné, mohou být z analýzy vyloučeny.

Ministerstvo všeobecného a odborného vzdělávání Ruské federace

USTU-UPI pojmenovaný po S.M. Kirov

Teoretické základy radiotechniky

ANALÝZA RÁDIOVÝCH SIGNÁLŮ A VÝPOČET CHARAKTERISTIK OPTIMÁLNĚ PŘIZPŮSOBENÝCH FILTRU

PROJEKT KURZU

JEKATERINBURG 2001

Úvod

Výpočet acf daného signálu

Závěr

Seznam symbolů

Bibliografický seznam

Esej

Informace byly vždy ceněny a s rozvojem lidstva je informací stále více. Informační toky se proměnily v obrovské řeky.

V důsledku toho se objevilo několik komunikačních problémů.

Informace byly vždy ceněny pro svou spolehlivost a úplnost, takže je těžké je přenést beze ztrát a zkreslení. Ještě jeden problém s výběrem optimálního signálu.

To vše se přenáší do radiotechniky, kde se vyvíjí příjem, vysílání a zpracování těchto signálů. Rychlost a složitost přenášených signálů se neustále stává složitějším zařízením.

Pro získání a upevnění znalostí o zpracování nejjednodušších signálů v kurzu je praktický úkol.

V této práci v kurzu je uvažován obdélníkový koherentní balíček skládající se z N lichoběžníkových (doba trvání vrcholu se rovná jedné třetině doby trvání základny) rádiových impulsů, kde:

a) nosná frekvence, 1,11 MHz

b) trvání pulsu (základní doba), 15 μs

c) opakovací frekvence, 11,2 kHz

d) počet impulsů v balení,9

Pro daný typ signálu je nutné vyrobit (přinést):

Výpočet ACF

Výpočet amplitudového a energetického spektra

Výpočet impulsní odezvy, přizpůsobený filtr

Spektrální hustota - mezi délkou malého frekvenčního intervalu D existuje koeficient úměrnosti F a odpovídající komplexní amplituda harmonického signálu DA s frekvencí f0.

Spektrální reprezentace signálů otevírá přímou cestu k analýze průchodu signálů širokou třídou rádiových obvodů, zařízení a systémů.

Energetické spektrum je užitečné pro získání různých technických odhadů, které stanoví skutečnou šířku spektra konkrétního signálu. Pro kvantifikaci stupně rozdílu signálu U(t) a jeho časově posunutou kopii U(t- t) přijato k zavedení ACF.

Fixujeme libovolný časový okamžik a snažíme se funkci zvolit tak, aby hodnota dosahovala maximální možné hodnoty. Pokud taková funkce skutečně existuje, pak se odpovídající lineární filtr nazývá přizpůsobený filtr.

Úvod

Práce na závěrečné části předmětu "Teorie rádiových signálů a obvodů" pokrývá části předmětu věnované základům teorie signálů a jejich optimální lineární filtraci.

Cíle práce jsou:

studium časových a spektrálních charakteristik pulzních rádiových signálů používaných v radaru, radionavigaci, radiotelemetrii a příbuzných oborech;

získání dovedností ve výpočtu a analýze korelačních a spektrálních charakteristik deterministických signálů (autokorelační funkce, amplitudová spektra a energetická spektra).

V kurzu práce pro daný typ signálu musíte:

Výpočet ACF.

Výpočet amplitudového a energetického spektra.

Impulzní odezva přizpůsobeného filtru.

Tato práce se zabývá pravoúhlým koherentním svazkem lichoběžníkových rádiových pulsů.

Parametry signálu:

nosná frekvence (frekvence rádiového plnění), 1,11 MHz

trvání pulsu, (základní trvání) 15 µs

opakovací frekvence, 11,2 kHz

počet impulsů v balení, 9

Autokorelační funkce (ACF) signálu U(t) slouží ke kvantifikaci stupně rozdílu signálu U(t) a jeho časově posunutou kopii (0.1) a při t= 0 ACF se rovná energii signálu. ACF má nejjednodušší vlastnosti:

paritní vlastnost:

Tito. K U( t) =K U( - t).

pro jakoukoli hodnotu časového posunu t Modul ACF nepřekračuje energii signálu: ½ K U( t) ½£ K U( 0 ), která vyplývá z Cauchy-Bunyakovského nerovnosti.

ACF je tedy reprezentována symetrickou křivkou s centrálním maximem, které je vždy kladné a v našem případě má ACF také oscilační charakter. Je třeba poznamenat, že ACF souvisí s energetickým spektrem signálu: ; (0.2) kde ½ G (w) ½ čtvercového modulu spektrální hustoty. Proto je možné hodnotit korelační vlastnosti signálů na základě rozložení jejich energie ve spektru. Čím větší je šířka pásma signálu, tím užší je hlavní lalok autokorelační funkce a tím je signál dokonalejší z hlediska možnosti přesného měření okamžiku jeho nástupu.

Často je výhodnější nejprve získat autokorelační funkci a poté pomocí Fourierovy transformace najít energetické spektrum signálu. Energetické spektrum - je závislost ½ G (w) ½ frekvence.

Filtry odpovídající signálu mají následující vlastnosti:

Signál na výstupu přizpůsobeného filtru a korelační funkce výstupního šumu mají formu autokorelační funkce užitečného vstupního signálu.

Mezi všemi lineárními filtry poskytuje přizpůsobený filtr maximální poměr špičkového signálu k šumu RMS na výstupu.

Výpočet acf daného signálu

Obr. 1. Obdélníkový koherentní záblesk lichoběžníkových rádiových pulsů

V našem případě je signál pravoúhlý paket lichoběžníkových (horní doba se rovná jedné třetině základní doby trvání) rádiových impulsů ( viz obr. 1) ve kterém počet impulsů N=9 a doba trvání impulsu T i =15 μs.

Obr.2. Posun kopie obálky signálu

Pro hodnotu posunu T příslušející intervalu od nuly do jedné třetiny trvání pulzu je nutné řešit integrál:

Řešením tohoto integrálu získáme výraz pro hlavní lalok ACF daného posunu kopie obálky signálu:

Pro T patřící do intervalu od jedné třetiny do dvou třetin trvání pulzu získáme následující integrál:

Když to vyřešíme, dostaneme:

Pro T, který patří do intervalu od dvou třetin trvání pulzu do doby trvání pulzu, má integrál tvar:

Proto v důsledku řešení máme:

Vezmeme-li v úvahu symetrickou vlastnost (paritu) ACF (viz úvod) a vztah spojující ACF rádiového signálu a ACF jeho komplexní obálky: máme funkce pro hlavní lalok ACF obálky ko (T) rádiového pulsu a ACF rádiového pulsu Ks (T):

ve kterém mají příchozí funkce tvar:

Tedy na Obrázek 3 je zobrazen hlavní lalok ACF rádiového pulzu a jeho obálka, tzn. kdy v důsledku posunu kopie signálu, kdy je zapojeno všech 9 pulzů burstu, tzn. N = 9.

Je vidět, že ACF rádiového pulsu má oscilační charakter, ale maximum je nutně ve středu. S dalším posunem se počet protínajících se pulzů signálu a jeho kopie sníží o jeden a následně amplituda po každé periodě opakování Tip = 89,286 μs.

Proto konečně bude ACF vypadat obrázek 4 ( 16 okvětních lístků, lišících se od hlavního pouze v amplitudách) vzhledem k tomu , že na tomto obrázku T=T ip .:

Rýže. 3. ACF hlavního laloku rádiového pulsu a jeho obálky

Rýže. 4. ACF pravoúhlého koherentního shluku lichoběžníkových rádiových pulsů

Rýže. 5. Obálka shluku rádiových pulsů.

Spektrální hustota a výpočet energetického spektra

Pro výpočet spektrální hustoty použijeme, stejně jako ve výpočtech ACF, funkce obálky rádiového signálu ( viz obr.2), které vypadají jako:

a Fourierova transformace pro získání spektrálních funkcí, které, s přihlédnutím k limitům integrace pro n-tý puls, budou vypočteny podle vzorců:

pro obálku rádiových impulsů a:

pro rádiový impuls, resp.

Graf této funkce je zobrazen v ( obr. 5).

na obrázku je pro názornost uvažován jiný frekvenční rozsah

Rýže. 6. Spektrální hustota obálky rádiového signálu.

Podle očekávání se hlavní maximum nachází v centru; při frekvenci w =0.

Energetické spektrum se rovná druhé mocnině spektrální hustoty, a proto graf spektra vypadá takto ( obrázek 6) těch. velmi podobný grafu spektrální hustoty:

Rýže. 7. Energetické spektrum obálky rádiového signálu.

Tvar spektrální hustoty pro rádiový signál bude odlišný, neboť místo jednoho maxima při w = 0 budou pozorována dvě maxima při w = ±wo, tzn. spektrum obrazového pulsu (obálka rádiového signálu) se přenese do oblasti vysokých frekvencí s polovičním snížením absolutní hodnoty maxim ( viz obr.7). Tvar energetického spektra rádiového signálu bude také velmi podobný tvaru spektrální hustoty rádiového signálu, tzn. spektrum bude také přeneseno do vysokofrekvenční oblasti a budou také pozorována dvě maxima ( viz obr.8).

Rýže. 8. Spektrální hustota shluku rádiových pulsů.

Výpočet impulsní odezvy a doporučení pro sestavení přizpůsobeného filtru

Jak víte, spolu s užitečným signálem je často přítomen šum, a proto je u slabého užitečného signálu někdy obtížné určit, zda existuje užitečný signál nebo ne.

Pro příjem signálu posunutého v čase na pozadí bílého gaussovského šumu (bílý gaussovský šum "BGS" má rovnoměrnou hustotu rozložení) n (t) tzn. y(t)= + n (t), poměr pravděpodobnosti při příjmu signálu známého tvaru má tvar:

Kde Ne je spektrální hustota šumu.

Proto docházíme k závěru, že podstatou korelačního integrálu je optimální zpracování přijatých dat

Výsledná funkce je základní operací, která by měla být provedena na pozorovaném signálu, aby se optimálně (z hlediska minimálního kritéria průměrného rizika) rozhodlo o přítomnosti či nepřítomnosti užitečného signálu.

Není pochyb o tom, že tuto operaci lze realizovat lineárním filtrem.

Skutečně, signál na výstupu filtru impulsní odezvy g(t) vypadá jako:

Jak je vidět, když stav g(r-x) = K ×S (r- t) tyto výrazy jsou ekvivalentní a poté po nahrazení t = r-x dostaneme:

Kde NA je konstantní a na je pevný čas, ve kterém je pozorován výstupní signál.

Filtr s touto impulsní odezvou g(t)( viz výše) se nazývá konzistentní.

Aby bylo možné určit impulsní odezvu, je zapotřebí signál Svatý) přesunout na na doleva, tzn. získat funkci S (až + t), a funkce S (až - t) získaná zrcadlením signálu vzhledem k souřadnicové ose, tzn. Impulsní odezva přizpůsobeného filtru bude rovna vstupnímu signálu a zároveň získáme maximální odstup signálu od šumu na výstupu přizpůsobeného filtru.

Rýže. 10. Vazba pro vytvoření rádiového impulsu s danou obálkou.

Na vstup spoje tvorby rádiového pulsu s danou obálkou (viz obr. 9) je přiveden signál obálky rádiového signálu (v našem případě lichoběžník).

V oscilačním spoji vzniká harmonický signál s nosnou frekvencí w® (v našem případě 1,11 MHz), proto máme na výstupu tohoto spoje harmonický signál s frekvencí w®.

Z výstupu oscilačního spoje je signál přiváděn do sčítačky a do spoje zpožďovací linky signálu na Ti (v našem případě Ti = 15 μs) a z výstupu zpožďovací spojky je signál přiváděn k fázovému posuvníku (je potřeba, aby po skončení pulsu nebyl na výstupu sčítačky rádiový signál) .

Za fázovým posunovačem je signál přiveden také na sčítačku. Na výstupu sčítačky máme konečně lichoběžníkové rádiové pulsy s rádiovou plnicí frekvencí w®, tzn. signál g(t).

Rýže. 11. Odkaz pro vytvoření koherentního paketu.

Signál g(t) je přiveden na vstup koherentního spoje tvorby burst, což je lichoběžníkový rádiový puls (nebo sekvence lichoběžníkových rádiových pulsů).

Dále signál jde do sčítačky a do zpožďovacího bloku, ve kterém je vstupní signál zpožděn po dobu pulsů ve shluku spropitné násobeno číslem pulzu mínus jedna, tzn. ( N-1), a z výstupní strany zpoždění opět na sčítačku .

Na výstupu spoje tvorby koherentního shluku (tj. na výstupu sčítačky) tedy máme obdélníkový koherentní shluk lichoběžníkových rádiových pulsů, který musel být realizován.

Závěr

V průběhu práce byly provedeny odpovídající výpočty a na nich sestaveny grafy, lze posoudit složitost zpracování signálu. Pro zjednodušení matematického výpočtu byly použity balíčky MathCAD 7.0 a MathCAD 8.0. Tato práce je nezbytnou součástí výcvikového kurzu, aby studenti měli představu o vlastnostech využití různých pulzních rádiových signálů v radaru, radionavigaci a radiotelemetrii a mohli také navrhnout optimální filtr, a tím skromně přispět k „boj“ o informace.

Seznam symbolů

wo - frekvence rádiového plnění;

w- frekvence

T, ( t)- posun času;

Ti - trvání rádiového impulsu;

spropitné - perioda opakování rádiových impulsů ve svazku;

N - počet rádiových impulsů v balení;

t - čas;

Bibliografický seznam

1. Baskakov S.I. „Radiové obvody a signály: Učebnice pro vysoké školy speciální „Radiotechnika““. - 2. vyd., přepracováno. a doplňkové - M.: Vyšší. škola, 1988 - 448 s.: nemoc.

2. "ANALÝZA RÁDIOVÝCH SIGNÁLŮ A VÝPOČET CHARAKTERISTICKÝCH VLASTNOSTÍ OPTIMÁLNĚ PŘIZPŮSOBENÝCH FILTRU: Pokyny pro práci v kurzu na předmětu "Teorie rádiových signálů a obvodů"" / Kibernichenko V.G., Doroinsky L.G., Sverdlovsk:2 UPI 19.

3. "Zesilovací zařízení": Učebnice: příručka pro vysoké školy. - M.: Rozhlas a komunikace, 1989. - 400 s.: nemoc.

4. Buckingham M. "Hluk v elektronických zařízeních a systémech" / Per. z angličtiny. - M.: Mir, 1986

1 Klasifikace typů modulace, hlavní charakteristiky rádiových signálů.

Pro realizaci rádiové komunikace je nutné v souladu s vysílaným nízkofrekvenčním signálem nějakým způsobem změnit jeden z parametrů vysokofrekvenční vlny, nazývaný nosič. Toho je dosaženo modulací vysokofrekvenční vlny.

Je známo, že harmonické

charakterizované třemi nezávislými parametry: amplitudou, frekvencí a fází.

V souladu s tím existují tři hlavní typy modulace:

amplituda,

frekvence,

Fáze.

Amplitudová modulace (AM) je takový druh vlivu na nosnou vlnu, v důsledku čehož se její amplituda mění podle zákona přenášeného (modulačního) signálu.

Předpokládáme, že modulační signál má podobu harmonického kmitání o frekvenci W

mnohem nižší frekvence nosné vlny w.

V důsledku modulace by se měla amplituda napětí kmitání nosné měnit úměrně k napětí modulačního signálu uW (obr. 1): Obr.

UAM = U + kUWcosWt = U + DUcosWt, (1)

kde U je amplituda napětí oscilace nosné radiofrekvenční frekvence;

DU=kUW - přírůstek amplitudy.

Rovnice amplitudově modulovaných oscilací má v tomto případě tvar

UAM = UAM coswt = (U + DUcosWt) coswt = U (1+cosWt) coswt. (2)

Podle stejného zákona se při modulaci změní i proud iAM.

Hodnota charakterizující poměr velikosti změny amplitudy kmitů DU k jejich amplitudě při absenci modulace U se nazývá modulační koeficient (hloubka).

Z toho vyplývá, že maximální amplituda kmitání Umax = U + DU = U (1+m) a minimální amplituda Umin= U (1-m).

Jak je snadno vidět z rovnice (2), v nejjednodušším případě jsou modulované oscilace součtem tří oscilací

UAM = U(1+ mcosWt)coswt = Ucoswt U/2+ cos(w - W)t U/2+ cos(w + W)t . (4)

Prvním členem jsou kmity vysílače v nepřítomnosti modulace (tichý režim). Druhý - kolísání bočních frekvencí.

Je-li modulace prováděna komplexním nízkofrekvenčním signálem se spektrem od Fmin do Fmax, pak spektrum přijímaného AM signálu má tvar znázorněný na Obr. Frekvenční pásmo Δfc obsazené AM signálem nezávisí na m a je rovno

Δfс = 2Fmax. (5)

Výskyt kmitů bočních frekvencí při modulaci vede k nutnosti rozšíření šířky pásma obvodů vysílače (a podle toho i přijímače). Musí být

kde Q je faktor kvality obvodů,

Df - absolutní rozladění,

Dfk - šířka pásma smyčky.

Na Obr. spektrální složky odpovídající nižším modulačním frekvencím (Fmin) mají menší pořadnice.

Vysvětluje to následující okolnost. U většiny typů signálů (například řeči) vstupujících do vysílače jsou amplitudy vysokofrekvenčních složek spektra malé ve srovnání se složkami nízkých a středních frekvencí. Pokud jde o šum na vstupu detektoru v přijímači, jejich spektrální hustota je konstantní v rámci šířky pásma

přijímač. V důsledku toho se modulační koeficient a poměr signálu k šumu na vstupu detektoru přijímače pro vysoké frekvence modulačního signálu ukazují jako malé. Pro zvýšení odstupu signálu od šumu jsou vysokofrekvenční složky modulačního signálu během přenosu zdůrazněny tím, že vysokofrekvenční složky jsou zesíleny vícekrát ve srovnání se složkami nízkých a středních frekvencí, a jsou utlumeny stejné množství při příjmu před nebo za detektorem. K útlumu vysokofrekvenčních složek před detektorem dochází téměř vždy ve vysokofrekvenčních rezonančních obvodech přijímače. Je třeba poznamenat, že umělé zdůrazňování horních modulačních frekvencí je přijatelné, pokud nevede k přemodulování (m > 1).

Přednáška č. 5

T téma #2: Přenos DISKRÉTNÍCH zpráv

Téma přednášky: DIGITÁLNÍ RÁDIOVÉ SIGNÁLY A JEJICH

Úvod do funkcí

Pro systémy přenosu dat je nejdůležitější požadavek na spolehlivost přenášených informací. To vyžaduje logické řízení procesů přenosu a příjmu informací. To je možné, když se digitální signály používají k přenosu informací ve formalizované podobě. Takové signály umožňují sjednotit základnu prvků a použít korekční kódy, které poskytují výrazné zvýšení odolnosti proti šumu.

2.1. Porozumění diskrétním zprávám

V současné době se pro přenos diskrétních zpráv (dat) zpravidla používají tzv. digitální komunikační kanály.

Nosiče zpráv v digitálních komunikačních kanálech jsou digitální signály nebo rádiové signály, pokud se používají rádiové komunikační linky. Informační parametry v takových signálech jsou amplituda, frekvence a fáze. Mezi doprovodnými parametry zaujímá zvláštní místo fáze harmonického kmitání. Pokud je přesně známa fáze harmonického kmitání na přijímací straně a tato je použita při příjmu, pak je takový komunikační kanál uvažován koherentní. V nesouvislý V komunikačním kanálu není fáze harmonického kmitání na přijímací straně známa a předpokládá se, že je distribuována podle jednotného zákona v rozsahu od 0 do 2  .

Proces převodu diskrétních zpráv na digitální signály během přenosu a digitálních signálů na diskrétní zprávy během příjmu je znázorněn na obr. 2.1.

Obr.2.1. Proces převodu diskrétních zpráv během jejich přenosu

Zde je bráno v úvahu, že hlavní operace pro převod diskrétní zprávy na digitální rádiový signál a naopak odpovídají zobecněnému blokovému schématu systému přenosu diskrétních zpráv probíranému v minulé přednášce (zobrazeno na obr. 3). Zvažte hlavní typy digitálních rádiových signálů.

2.2. Charakteristika digitálních rádiových signálů

2.2.1. Rádiové signály s amplitudovým posunem (aMn)

Klíčování amplitudového posunu (AMn). Analytické vyjádření signálu AMn pro jakýkoli časový okamžik t vypadá jako:

s AMn (t, )= A 0  (t) cos(  t ) , (2.1)

Kde A 0 ,   A  - amplituda, cyklická nosná frekvence a počáteční fáze rádiového signálu AMn,  (t) – primární digitální signál (parametr diskrétní informace).

Často se používá jiná forma psaní:

s 1 (t) = 0 na  = 0,

s 2 (t) = A 0 cos(  t ) na  = 1, 0  t T ,(2.2)

který se používá při analýze signálů AMn v časovém intervalu rovném jednomu hodinovému intervalu T. Protože s(t) = 0 v  = 0, pak je signál AMn často označován jako signál s pasivní pauzou. Implementace rádiového signálu AMn je znázorněna na obr. 2.2.

Obr.2.2. Implementace rádiového signálu AM

Spektrální hustota signálu AMn má spojitou i diskrétní složku na nosné frekvenci   . Spojitá složka je spektrální hustota přenášeného digitálního signálu  (t) přenesené do oblasti nosné frekvence. Je třeba poznamenat, že diskrétní složka spektrální hustoty probíhá pouze při konstantní počáteční fázi signálu  . V praxi tato podmínka zpravidla splněna není, neboť v důsledku různých destabilizačních faktorů se počáteční fáze signálu v čase náhodně mění, tzn. je náhodný proces  (t) a je rovnoměrně rozložena v intervalu [-  ;  ]. Přítomnost takových fázových fluktuací vede k „rozmazání“ diskrétní složky. Tato vlastnost je charakteristická i pro jiné typy manipulace. Obrázek 2.3 ukazuje spektrální hustotu rádiového signálu AMn.

Obr.2.3. Spektrální hustota rádiového signálu AMn s náhodným, stejnoměrným

distribuováno v intervalu [-  ;  ] úvodní fáze 

Průměrný výkon AM rádiového signálu je roven
. Tato síla je rovnoměrně rozdělena mezi spojitou a diskrétní složku spektrální hustoty. V důsledku toho v rádiovém signálu AMn podíl spojité složky v důsledku přenosu užitečných informací představuje pouze polovinu výkonu emitovaného vysílačem.

K vytvoření rádiového signálu AMn se obvykle používá zařízení, které zajišťuje změnu úrovně amplitudy rádiového signálu podle zákona přenášeného primárního digitálního signálu.  (t) (například amplitudový modulátor).