انواع سیگنال های مورد استفاده در سیستم های ارتباط رادیویی. درس: تجزیه و تحلیل سیگنال های رادیویی و محاسبه ویژگی های فیلترهای همسان بهینه اطلاعات عمومی و پارامترهای سیگنال های رادیویی

سیگنال های رادیویی امواج الکترومغناطیسی یا نوسانات الکتریکی با فرکانس بالا نامیده می شوند که حاوی پیام ارسال شده هستند. برای تشکیل یک سیگنال، پارامترهای نوسانات فرکانس بالا با استفاده از سیگنال های کنترلی، که ولتاژهایی هستند که طبق قانون معین تغییر می کنند، تغییر می کنند (مدوله می شوند). نوسانات هارمونیک با فرکانس بالا معمولاً به عنوان نوسانات مدوله شده استفاده می شود:

جایی که w 0 \u003d 2π f 0 - فرکانس حامل بالا؛

U 0 دامنه نوسانات با فرکانس بالا است.

ساده ترین و رایج ترین سیگنال های کنترلی شامل نوسانات هارمونیک است

که در آن Ω یک فرکانس پایین، بسیار کمتر از w 0 است. ψ فاز اولیه است. U m - دامنه، و همچنین سیگنال های پالس مستطیلی، که با این واقعیت مشخص می شود که مقدار ولتاژ Uسابق ( تی)=Uدر طول بازه های زمانی τ و، به نام مدت زمان پالس ها، و در طول فاصله بین پالس ها برابر با صفر است (شکل 1.13). ارزش تیو دوره تکرار نبض نامیده می شود. افو =1/ تیو فراوانی تکرار آنهاست. نسبت دوره نبض تیو به مدت τ و چرخه وظیفه نامیده می شود سفرآیند تکانه: س=تیو /τ و.

شکل 1.13. قطار پالس مستطیلی

بسته به اینکه کدام پارامتر از نوسان فرکانس بالا با کمک سیگنال کنترل تغییر (مدولاسیون) می شود، مدولاسیون دامنه، فرکانس و فاز متمایز می شود.

با مدولاسیون دامنه (AM) نوسانات فرکانس بالا توسط یک ولتاژ سینوسی فرکانس پایین با فرکانس Ω mod، سیگنالی تشکیل می شود که دامنه آن با زمان تغییر می کند (شکل 1.14):

پارامتر متر=Uمتر / U 0 ضریب مدولاسیون دامنه نامیده می شود. مقادیر آن در محدوده یک تا صفر است: 1≥m≥0. ضریب مدولاسیون که به صورت درصد بیان می شود (یعنی متر× 100٪، عمق مدولاسیون دامنه نامیده می شود.

برنج. 1.14. سیگنال رادیویی مدوله شده با دامنه

با مدولاسیون فاز (PM) یک نوسان با فرکانس بالا توسط یک ولتاژ سینوسی، دامنه سیگنال ثابت می ماند و فاز آن یک افزایش اضافی Δy تحت تأثیر ولتاژ تعدیل کننده دریافت می کند: Δy= ک FM U m sinW mod تی، جایی که ک FM - ضریب تناسب. یک سیگنال فرکانس بالا با مدولاسیون فاز طبق قانون سینوسی شکل دارد

با مدولاسیون فرکانس (FM)، سیگنال کنترل فرکانس نوسانات فرکانس بالا را تغییر می دهد. اگر ولتاژ مدوله بر اساس قانون سینوسی تغییر کند، مقدار لحظه ای فرکانس نوسانات مدوله شده w \u003d w 0 + کجام جهانی U m sinW mod تی، جایی که ک FM - ضریب تناسب. بیشترین تغییر در فرکانس w با توجه به مقدار متوسط ​​آن w 0 برابر با Δw М = است کجام جهانی U m، انحراف فرکانس نامیده می شود. سیگنال مدوله شده فرکانس را می توان به صورت زیر نوشت:

مقدار برابر با نسبت انحراف فرکانس به فرکانس مدولاسیون (Δw m / W mod = متر FM) نسبت مدولاسیون فرکانس نامیده می شود.

شکل 1.14 سیگنال های فرکانس بالا را برای AM، PM و FM نشان می دهد. در هر سه مورد، ولتاژ تعدیل کننده یکسانی استفاده می شود. U mod، مطابق با قانون دندانه اره متقارن تغییر می کند Uمد ( تی)= کماد تی، جایی که ک mod > 0 در بازه زمانی 0 تی 1 و کماد<0 на отрезке تی 1 تی 2 (شکل 1.15، الف).

با AM، فرکانس سیگنال ثابت می ماند (w 0) و دامنه مطابق با قانون ولتاژ مدوله تغییر می کند. Uصبح ( تی) = U 0 کماد تی(شکل 1.15، ب).

سیگنال مدوله شده فرکانس (شکل 1.15، c) با دامنه ثابت و تغییر صاف در فرکانس مشخص می شود: w( تی) = w0 + کجام جهانی تی. در بازه زمانی از تی=0 به تی 1 فرکانس نوسان از مقدار w 0 به مقدار w 0 + افزایش می یابد کجام جهانی تی 1، و در بخش از تی 1 به تی 2 فرکانس دوباره به مقدار w 0 کاهش می یابد.

سیگنال مدوله شده فاز (شکل 1.15، d) دارای دامنه ثابت و پرش فرکانس است. بیایید این را به صورت تحلیلی توضیح دهیم. با FM تحت تأثیر ولتاژ تعدیل کننده

شکل 1.15. نمای مقایسه ای نوسانات مدوله شده با AM، FM و FM:
الف - تعدیل ولتاژ؛ ب - سیگنال مدوله شده دامنه.
ج - سیگنال مدوله شده با فرکانس. d - سیگنال مدوله شده فاز

فاز سیگنال یک افزایش اضافی Δy= دریافت می کند ک FM تیبنابراین، یک سیگنال فرکانس بالا با مدولاسیون فاز مطابق قانون دندان اره شکل دارد

بنابراین، در بازه 0 تی 1 فرکانس w 1 >w 0 و روی قطعه است تی 1 تی 2 برابر است با w 2

به عنوان مثال، هنگام ارسال دنباله ای از پالس ها، می توان از یک کد دیجیتال باینری (شکل 1.16، a)، AM، FM و FM نیز استفاده کرد. به این نوع مدولاسیون، کلید زدن یا تلگراف (AT، CT و FT) گفته می شود.

شکل 1.16. نمای مقایسه ای از نوسانات دستکاری شده در AT، PT و FT

با تلگراف دامنه، دنباله ای از پالس های رادیویی با فرکانس بالا تشکیل می شود که دامنه آن در طول مدت پالس های تعدیل کننده τ ثابت است و در بقیه زمان ها برابر با صفر است (شکل 1.16، b).

با تلگراف فرکانس، یک سیگنال فرکانس بالا با دامنه ثابت و فرکانس تشکیل می شود که دو مقدار ممکن را می گیرد (شکل 1.16، ج).

با تلگراف فاز، یک سیگنال فرکانس بالا با دامنه و فرکانس ثابت تشکیل می شود که فاز آن با توجه به قانون سیگنال تعدیل کننده 180 درجه تغییر می کند (شکل 1.16، d).

سیگنال های پالس وابسته به جریان هستند. استفاده از آنها در صنعت برق عمدتاً توسط نظارت تله متری، کنترل و سیستم های حفاظتی تعمیر تعیین می شود. سیگنال های پالس برای انتقال انرژی استفاده نمی شود. این به دلیل طیف گسترده انرژی (فرکانس) آنها است. آنها می توانند دوره ای باشند، یعنی بعد از یک بازه زمانی خاص تکرار شوند، یا دوره ای نباشند. هدف اصلی چنین سیگنال هایی اطلاعاتی است.

ویژگی های اساسی سیگنال های ضربه ای

1) مقدار لحظه ای سیگنال پالس (U(t)) را می توان مشابه سیگنال سینوسی با استفاده از ابزارهایی که شکل موج را نشان می دهند تعیین کرد.

2) مقدار دامنه U n بالاترین مقدار ولتاژ لحظه ای را در بازه دوره T مشخص می کند. دوره مطالعه سیگنال پالس توسط نقاطی در سطح دامنه 0.5 تعیین می شود.

3) زمان خیز لبه جلو t f + - فاصله زمانی بین نقاط مربوط به 0.1 U m و 0.9 U m . لبه جلویی درجه رشد سیگنال را مشخص می کند، یعنی. چقدر سریع ضربه از سطح 0 به U m می رسد. در حالت ایده آل، t f + باید برابر با صفر باشد، اما در عمل این بازه هرگز برابر با صفر نیست، t f »10 nC.

4) زمان فروپاشی (لبه عقب) t f - به طور مشابه از سطح 0.1 تا 0.9 در دامنه تعیین می شود، اما در فروپاشی پالس. زمان لبه انتهایی نیز مانند زمان پیشرو محدود است. به دنبال کاهش آن است، زیرا کاهش بر مدت زمان پالس اثر می گذارد.

5) مدت زمان پالس t u بازه زمانی تعیین شده در سطح دامنه 0.5 از لبه منتهی به لبه انتهایی است. برای سیگنال، نسبت دوره پالس به مدت پالس مهم است که به آن چرخه وظیفه می گویند. هر چه چرخه وظیفه بیشتر باشد، تعداد دفعاتی که پالس ² متناسب با دوره تکرار T/m = q بیشتر می شود.

یک مورد خاص از یک سیگنال پالسی یک پیچ و خم است که دارای یک چرخه وظیفه q \u003d 2 است. چرخه وظیفه به طور غیرمستقیم ویژگی انرژی سیگنال را نشان می دهد: هر چه بزرگتر باشد سیگنال کمتری در طول دوره حمل می کند. از آنجایی که سیگنال با سطوح مختلف ولتاژ مشخص می شود، موارد زیر نیز برای آن استفاده می شود: مقدار ولتاژ موثر، فرم آنالوگ. میانگین مقدار ولتاژ اصلاح شده

برای سیگنال های مستطیلی، این مقادیر برابر هستند. اغلب مشخصه انرژی - قدرت سیگنال را در نظر بگیرید. توان در هر دوره P برای یک موج مربعی به صورت زیر تعریف می شود:

جایی که P u توان پالس است، q چرخه وظیفه است

توان پالس می تواند به مقادیر زیادی برسد، در حالی که توان متوسط ​​کم باقی می ماند. دستگاه ها با پالس های کوتاه با دامنه بزرگ بررسی می شوند.

6) ضریب نزول بالا Y =

طیف سیگنال های ضربه ای

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

با توجه به بسط فوریه سیگنال های تناوبی، سیگنال ضربه ای نیز از مجموع بسیاری از مؤلفه ها نشان داده می شود. اول از همه، این هارمونیک اصلی است - فرکانس مطالعه سیگنال و اجزای متعدد آن. اما در کنار آنها، این بسط شامل بسیاری از هارمونیک های دیگر می شود که مضرب اصلی نیستند. این هارمونیک ها کوچکتر از هارمونیک اصلی و ترکیبی از این هارمونیک ها با هارمونیک های اصلی هستند. این نمایش نشان می دهد که سیگنال پالسی پهنای باند وسیعی دارد. همه در یک خط

فرکانس های پایین سقفی را به شکل یک ضربه ایجاد می کنند. هرچه این اجزا کوچکتر باشند، پوسیدگی قسمت بالای ضربه کوچکتر است. همراه با این، چرخه وظیفه افزایش و کاهش پالس به اجزای فرکانس بالا در تجزیه سیگنال بستگی دارد. هرچه فرکانس بالاتر باشد، جلوی پالس تندتر است. برای انتقال سیگنال، به دستگاهی نیاز دارید که ضرایب انتقال یکسانی در کل طیف طیف پالس داشته باشد. اما اجرای چنین وسیله ای از نظر فنی دشوار است. بنابراین، آنها همیشه مشکل را حل می کنند: یک طیف باریکتر و یک پارامتر حرکت بهتر را انتخاب کنید.

معیار اصلی بهینه سازی چرخه وظیفه انتقال سیگنال پالس است. اما امروزه در سیستم های واقعی به 100 Mbaud = 10 8 واحد اطلاعات در ثانیه می رسد.

سیگنال های پالس تمایل به انتقال قطب های مثبت دارند، زیرا قطبیت توسط ولتاژ تغذیه تعیین می شود، اگرچه از پالس های قطبیت منفی برای انتقال اطلاعات استفاده می شود. هنگام اندازه گیری بزرگی ولتاژ سیگنال های ضربه ای، به دستگاه توجه کنید: پیک ولت متر (دامنه)، مقادیر متوسط، مقادیر میانگین ریشه. مقادیر ولتاژ میانگین و rms به مدت زمان پالس بستگی دارد. مقدار اوج - نه. انتقال سیگنال های پالسی از طریق خطوط سیمی منجر به اعوجاج قابل توجه سیگنال ها می شود: طیف سیگنال در قسمت فرکانس بالا باریک می شود، بنابراین افزایش و کاهش پالس افزایش می یابد.

به طور طبیعی، هر سیگنال الکتریکی به 2 گروه تقسیم می شود: قطعی، تصادفی.

اولین مورد در هر زمان را می توان با یک مقدار خاص (مقدار لحظه ای U(t)) توصیف کرد. سیگنال های قطعی اکثریت را تشکیل می دهند.

سیگنال های تصادفی ماهیت ظاهر آنها از قبل غیرقابل پیش بینی است، بنابراین نمی توان آنها را در یک نقطه خاص محاسبه کرد. چنین سیگنال هایی را فقط می توان بررسی کرد، آزمایشی را می توان برای تعیین ویژگی های احتمالی سیگنال ها انجام داد. در بخش انرژی، چنین سیگنال هایی عبارتند از: تداخل میدان های الکترومغناطیسی که سیگنال اصلی را مخدوش می کند. سیگنال های اضافی در هنگام تخلیه کامل یا جزئی بین خطوط انتقال ظاهر می شوند. سیگنال های تصادفی با استفاده از ویژگی های احتمالی تجزیه و تحلیل و اندازه گیری می شوند. از نقطه نظر خطاهای اندازه گیری، سیگنال های تصادفی و تأثیر آنها به عنوان خطاهای تصادفی اضافی نامیده می شوند. علاوه بر این، اگر مقدار آنها یک مرتبه بزرگتر از موارد تصادفی اصلی باشد، می توان آنها را از تجزیه و تحلیل حذف کرد.

وزارت آموزش عمومی و حرفه ای فدراسیون روسیه

USTU-UPI به نام S.M. کیروف

مبانی نظری مهندسی رادیو

تجزیه و تحلیل سیگنال های رادیویی و محاسبه ویژگی های فیلترهای منطبق بهینه

پروژه دوره

یکاترینبورگ 2001

معرفی

محاسبه acf یک سیگنال داده شده

نتیجه

لیست نمادها

فهرست کتابشناختی

انشا

اطلاعات همیشه ارزشمند بوده و با پیشرفت بشر، اطلاعات روز به روز بیشتر می شود. جریان اطلاعات به رودخانه های عظیم تبدیل شده است.

در نتیجه چندین مشکل ارتباطی بوجود آمد.

اطلاعات همیشه به دلیل قابلیت اطمینان و کامل بودن آن ارزشمند بوده است، بنابراین برای انتقال آن بدون از دست دادن و تحریف مبارزه وجود دارد. با یک مشکل دیگر در انتخاب سیگنال بهینه.

همه اینها به مهندسی رادیو منتقل می شود، جایی که دریافت، انتقال و پردازش این سیگنال ها توسعه می یابد. سرعت و پیچیدگی سیگنال های ارسالی به طور مداوم در حال تبدیل شدن به تجهیزات پیچیده تر است.

برای به دست آوردن و تجمیع دانش در مورد پردازش ساده ترین سیگنال ها در دوره آموزشی یک کار عملی وجود دارد.

در این کار دوره، یک بسته منسجم مستطیلی متشکل از پالس های رادیویی ذوزنقه ای N (مدت زمان بالا برابر است با یک سوم مدت زمان پایه) در نظر گرفته شده است، که در آن:

الف) فرکانس حامل، 1.11 مگاهرتز

ب) مدت زمان پالس (مدت زمان پایه)، 15 میکرو ثانیه

ج) نرخ تکرار، 11.2 کیلوهرتز

د) تعداد تکانه ها در یک بسته، 9

برای یک نوع سیگنال مشخص، لازم است که تولید کنید (بیاورید):

محاسبه ACF

محاسبه طیف دامنه و طیف انرژی

محاسبه پاسخ ضربه، فیلتر همسان

چگالی طیفی - یک ضریب تناسب بین طول یک بازه فرکانس کوچک D وجود دارد fو دامنه پیچیده متناظر سیگنال هارمونیک D A با فرکانس f0.

نمایش طیفی سیگنال ها مسیر مستقیمی را برای تجزیه و تحلیل عبور سیگنال ها از طریق یک کلاس گسترده از مدارها، دستگاه ها و سیستم های رادیویی باز می کند.

طیف انرژی برای بدست آوردن تخمین های مهندسی مختلف که پهنای واقعی طیف یک سیگنال خاص را تعیین می کند مفید است. برای تعیین کمیت درجه تفاوت سیگنال U(t)و کپی تغییر زمان آن U(t- ت)برای معرفی ACF پذیرفته شد.

یک لحظه دلخواه از زمان را ثابت می کنیم و سعی می کنیم تابع را به گونه ای انتخاب کنیم که مقدار به حداکثر مقدار ممکن برسد. اگر چنین تابعی واقعا وجود داشته باشد، فیلتر خطی مربوطه را فیلتر همسان می نامند.

معرفی

کار دوره در بخش پایانی موضوع "تئوری سیگنال‌ها و مدارهای رادیویی" بخش‌هایی از دوره را پوشش می‌دهد که به مبانی تئوری سیگنال‌ها و فیلتر خطی بهینه آنها اختصاص دارد.

اهداف کار عبارتند از:

مطالعه ویژگی های زمانی و طیفی سیگنال های رادیویی پالسی مورد استفاده در رادار، ناوبری رادیویی، تله متری رادیویی و زمینه های مرتبط.

کسب مهارت در محاسبه و تجزیه و تحلیل همبستگی و ویژگی های طیفی سیگنال های قطعی (توابع همبستگی خودکار، طیف دامنه و طیف انرژی).

در دوره کار برای یک نوع سیگنال مشخص، باید:

محاسبه ACF

محاسبه طیف دامنه و طیف انرژی.

پاسخ ضربه ای یک فیلتر همسان.

این کار درسی یک بسته مستطیلی منسجم از پالس های رادیویی ذوزنقه ای شکل را در نظر می گیرد.

پارامترهای سیگنال:

فرکانس حامل (فرکانس پر شدن رادیویی)، 1.11 مگاهرتز

مدت زمان پالس، (مدت زمان پایه) 15 میکرو ثانیه

نرخ تکرار، 11.2 کیلوهرتز

تعداد تکانه ها در یک بسته، 9

تابع همبستگی خودکار (ACF) یک سیگنال U(t)برای تعیین کمیت درجه تفاوت سیگنال عمل می کند U(t)و کپی تغییر زمان آن (0.1) و در تی= 0 ACF برابر با انرژی سیگنال می شود. ACF ساده ترین ویژگی ها را دارد:

ویژگی برابری:

آن ها ک U( تی) =ک U( - تی).

برای هر مقدار از شیفت زمانی تیمدول ACF از انرژی سیگنال تجاوز نمی کند: ½ ک U( تی) ½£ ک U( 0 ) که از نابرابری کوشی-بونیاکوفسکی ناشی می شود.

بنابراین، ACF با یک منحنی متقارن با حداکثر مرکزی نشان داده می شود که همیشه مثبت است، و در مورد ما، ACF یک شخصیت نوسانی نیز دارد. لازم به ذکر است که ACF مربوط به طیف انرژی سیگنال است: ; (0.2) کجا ½ جی (w) ½ مدول مربع چگالی طیفی. بنابراین، می توان خواص همبستگی سیگنال ها را بر اساس توزیع انرژی آنها در طیف ارزیابی کرد. هرچه پهنای باند سیگنال بیشتر باشد، لوب اصلی تابع خودهمبستگی باریک تر و سیگنال از نظر امکان اندازه گیری دقیق لحظه شروع آن کامل تر است.

اغلب راحت‌تر است که ابتدا تابع همبستگی خودکار را بدست آوریم و سپس با استفاده از تبدیل فوریه، طیف انرژی سیگنال را پیدا کنیم. طیف انرژی - یک وابستگی ½ است جی (w) ½ فرکانس.

فیلترهای مطابق با سیگنال دارای ویژگی های زیر هستند:

سیگنال در خروجی فیلتر منطبق و تابع همبستگی نویز خروجی به شکل تابع همبستگی خودکار سیگنال ورودی مفید است.

در بین تمام فیلترهای خطی، فیلتر همسان حداکثر نسبت سیگنال پیک را به نویز RMS در خروجی می دهد.

محاسبه acf یک سیگنال داده شده

عکس. 1. انفجار منسجم مستطیلی پالس های رادیویی ذوزنقه ای شکل

در مورد ما، سیگنال یک بسته مستطیل شکل از پالس های رادیویی ذوزنقه ای (طول مدت بالا برابر با یک سوم مدت زمان پایه) است. شکل 1 را ببینید)که در آن تعداد پالس ها N=9 و مدت زمان پالس T i = 15 میکرو ثانیه است.

شکل 2. کپی پاکت سیگنال را جابجا کنید

برای مقدار جابجایی T متعلق به بازه صفر تا یک سوم طول پالس، لازم است انتگرال را حل کنیم:

با حل این انتگرال، یک عبارت برای لوب اصلی ACF یک تغییر معین از یک کپی از پاکت سیگنال بدست می آوریم:

برای T متعلق به بازه یک سوم تا دو سوم طول پالس، انتگرال زیر را به دست می آوریم:

با حل آن، دریافت می کنیم:

برای T که متعلق به فاصله دو سوم طول پالس تا مدت زمان پالس است، انتگرال به شکل زیر است:

بنابراین، در نتیجه راه حل، داریم:

با در نظر گرفتن خاصیت تقارن (تعادل) ACF (به مقدمه مراجعه کنید) و رابطه اتصال دهنده ACF سیگنال رادیویی و ACF پوشش پیچیده آن: ما عملکردهای لوب اصلی ACF پاکت ko (T) پالس رادیویی و ACF پالس رادیویی Ks (T) را داریم:

که در آن توابع ورودی به شکل زیر هستند:

بنابراین، در شکل 3لوب اصلی ACF پالس رادیویی و پاکت آن نشان داده شده است، یعنی. هنگامی که در نتیجه جابجایی یک کپی از سیگنال، زمانی که همه 9 پالس انفجار درگیر هستند، به عنوان مثال. N = 9.

مشاهده می شود که ACF پالس رادیویی دارای ویژگی نوسانی است ، اما حداکثر لزوماً در مرکز است. با جابجایی بیشتر، تعداد پالس های متقاطع سیگنال و کپی آن یک عدد کاهش می یابد و در نتیجه، دامنه پس از هر دوره تکرار T ip = 89.286 میکرو ثانیه کاهش می یابد.

بنابراین، در نهایت ACF شبیه خواهد شد شکل 4 ( 16 گلبرگ که فقط از نظر دامنه با گلبرگ اصلی متفاوت است) با توجه به اینکه , که در این شکل T=T ip .:

برنج. 3. ACF لوب اصلی یک پالس رادیویی و پوشش آن

برنج. 4. ACF یک انفجار منسجم مستطیلی از پالس های رادیویی ذوزنقه ای شکل

برنج. 5. پاکت انفجاری از پالس های رادیویی.

چگالی طیفی و محاسبه طیف انرژی

برای محاسبه چگالی طیفی، مانند محاسبات ACF، از توابع پوشش سیگنال رادیویی ( شکل 2 را ببینید)که شبیه به:

و تبدیل فوریه برای به دست آوردن توابع طیفی، که با در نظر گرفتن محدودیت های ادغام برای پالس n، با فرمول های زیر محاسبه می شود:

برای پاکت پالس رادیویی و:

به ترتیب برای پالس رادیویی.

نمودار این تابع در ( شکل 5).

در شکل برای وضوح، محدوده فرکانسی متفاوتی در نظر گرفته شده است

برنج. 6. چگالی طیفی پوشش سیگنال رادیویی.

همانطور که انتظار می رود، حداکثر اصلی در مرکز قرار دارد. در فرکانس w = 0.

طیف انرژی برابر با مجذور چگالی طیفی است و بنابراین نمودار طیف به نظر می رسد ( عکس 6)آن ها بسیار شبیه به نمودار چگالی طیفی:

برنج. 7. طیف انرژی پوشش سیگنال رادیویی.

شکل چگالی طیفی برای سیگنال رادیویی متفاوت خواهد بود، زیرا به جای یک حداکثر در w = 0، دو ماکزیمم در w = ± wo مشاهده می شود، یعنی. طیف پالس ویدیو (پاکت سیگنال رادیویی) با نصف شدن مقدار مطلق حداکثر به ناحیه فرکانس های بالا منتقل می شود. شکل 7 را ببینید).شکل طیف انرژی سیگنال رادیویی نیز بسیار شبیه به شکل چگالی طیفی سیگنال رادیویی خواهد بود، یعنی. همچنین طیف به ناحیه فرکانس بالا منتقل می شود و دو ماکزیمم نیز مشاهده می شود ( شکل 8 را ببینید).

برنج. 8. چگالی طیفی انفجار پالس های رادیویی.

محاسبه پاسخ ضربه و توصیه هایی برای ساخت یک فیلتر همسان

همانطور که می دانید در کنار سیگنال مفید، نویز نیز اغلب وجود دارد و بنابراین، با سیگنال مفید ضعیف، گاهی اوقات تشخیص وجود یا عدم وجود سیگنال مفید دشوار است.

برای دریافت سیگنالی که در زمان جابجا شده در پس زمینه نویز سفید گاوسی (نویز سفید گاوسی "BGS" دارای چگالی توزیع یکنواخت است) n (t) یعنی. y(t)= + n (t)، نسبت احتمال هنگام دریافت یک سیگنال با شکل شناخته شده به شکل زیر است:

جایی که نهچگالی نویز طیفی است.

بنابراین، به این نتیجه می رسیم که پردازش بهینه داده های دریافتی، جوهر انتگرال همبستگی است.

تابع حاصل، عملیات اساسی است که باید بر روی سیگنال مشاهده شده انجام شود تا به طور بهینه (از نقطه نظر معیار حداقل ریسک متوسط) در مورد وجود یا عدم وجود یک سیگنال مفید تصمیم گیری شود.

شکی نیست که این عملیات توسط فیلتر خطی قابل پیاده سازی است.

در واقع، سیگنال در خروجی فیلتر پاسخ ضربه g(t)به نظر می رسد:

همانطور که مشاهده می شود، زمانی که شرایط g(r-x) = K ×S (r- ت)این عبارات معادل هستند و پس از جایگزینی t = r-xما گرفتیم:

جایی که بهثابت است و بهزمان ثابتی است که در آن سیگنال خروجی مشاهده می شود.

فیلتری با این پاسخ ضربه ای g(t)(بالا را ببینید) سازگار نامیده می شود.

برای تعیین پاسخ ضربه، یک سیگنال مورد نیاز است S(t)تغییر به بهبه سمت چپ، یعنی تابع را دریافت کنید S (تا + t)،و تابع S (تا - t)به دست آمده با انعکاس سیگنال نسبت به محور مختصات، یعنی. پاسخ ضربه ای فیلتر منطبق برابر با سیگنال ورودی خواهد بود و در همان زمان حداکثر نسبت سیگنال به نویز را در خروجی فیلتر منطبق به دست می آوریم.

برنج. 10. پیوند برای تشکیل یک پالس رادیویی با یک پاکت داده شده.

در ورودی پیوند تشکیل پالس رادیویی با یک پاکت معین (نگاه کنید به شکل 9)، سیگنال پوشش سیگنال رادیویی اعمال می شود (در مورد ما، یک ذوزنقه).

در پیوند نوسانی، یک سیگنال هارمونیک با فرکانس حامل w تشکیل می‌شود (در مورد ما 1.11 مگاهرتز)، بنابراین در خروجی این لینک، سیگنال هارمونیک با فرکانس w داریم.

از خروجی پیوند نوسانی، سیگنال به جمع کننده و به لینک خط تاخیر سیگنال در Ti (در مورد ما، Ti = 15 میکرو ثانیه) و از خروجی پیوند تاخیر، سیگنال تغذیه می شود. به شیفتر فاز (به گونه ای لازم است که پس از پایان پالس سیگنال رادیویی در خروجی جمع کننده وجود نداشته باشد).

پس از تغییر فاز، سیگنال نیز به جمع کننده داده می شود. در خروجی جمع کننده، در نهایت، پالس های رادیویی ذوزنقه ای با فرکانس پر شدن رادیویی wо داریم، یعنی. سیگنال g(t).

برنج. 11. پیوند برای تشکیل یک بسته منسجم.

سیگنال g (t) به ورودی پیوند تشکیل انفجار منسجم، که یک پالس رادیویی ذوزنقه‌ای (یا دنباله‌ای از پالس‌های رادیویی ذوزنقه‌ای) است، وارد می‌شود.

سپس، سیگنال به جمع کننده و بلوک تاخیر می رود، که در آن سیگنال ورودی برای دوره پالس ها در انفجار به تاخیر می افتد. نکتهضرب در عدد پالس منهای یک، یعنی. ( N-1)و از سمت خروجی تاخیر دوباره به جمع کننده .

بنابراین، در خروجی پیوند تشکیل انفجار منسجم (یعنی در خروجی جمع‌کننده)، یک انفجار منسجم مستطیلی از پالس‌های رادیویی ذوزنقه‌ای داریم که باید پیاده‌سازی شود.

نتیجه

در طول کار، محاسبات مربوطه انجام شد و نمودارهایی بر روی آنها ساخته شد، می توان در مورد پیچیدگی پردازش سیگنال قضاوت کرد. برای ساده‌تر کردن محاسبات ریاضی، بسته‌های MathCAD 7.0 و MathCAD 8.0 انجام شد. این کار بخشی ضروری از دوره آموزشی است تا دانش‌آموزان در مورد ویژگی‌های استفاده از سیگنال‌های رادیویی پالسی مختلف در رادار، ناوبری رادیویی و تله‌متری رادیویی ایده‌ای داشته باشند و همچنین بتوانند فیلتر بهینه را طراحی کنند و از این طریق سهم کوچک خود را در "مبارزه" برای اطلاعات

لیست نمادها

وای - فرکانس پر شدن رادیو؛

w- فرکانس

تی، ( ت)- جابجایی زمان؛

Ti - مدت زمان پالس رادیویی؛

نکته - دوره تکرار پالس های رادیویی در یک بسته.

ن - تعداد پالس های رادیویی در یک بسته؛

تی - زمان؛

فهرست کتابشناختی

1. Baskakov S.I. مدارها و سیگنال‌های رادیویی: کتاب درسی ویژه «مهندسی رادیو» برای دانشگاه‌ها. - ویرایش دوم، تجدید نظر شده. و اضافی - م.: بالاتر. مدرسه، 1988 - 448 ص: بیمار.

2. "تجزیه و تحلیل سیگنال های رادیویی و محاسبه ویژگی های فیلترهای منطبق بهینه: دستورالعمل هایی برای کار دوره در درس "تئوری سیگنال ها و مدارهای رادیویی"" / Kibernichenko V.G., Doroinsky L.G., Sverd419sk.

3. «دستگاه های تقویت کننده»: کتاب درسی: راهنمای دانشگاه ها. - م.: رادیو و ارتباطات، 1368. - 400 ص.: بیمار.

4. Buckingham M. "Noise in electronic devices and systems" / Per. از انگلیسی. - م.: میر، 1365

1 طبقه بندی انواع مدولاسیون، ویژگی های اصلی سیگنال های رادیویی.

برای پیاده سازی ارتباطات رادیویی، لازم است به نحوی یکی از پارامترهای موج فرکانس رادیویی که حامل نامیده می شود، مطابق با سیگنال فرکانس پایین ارسالی تغییر داده شود. این با تعدیل شکل موج RF به دست می آید.

شناخته شده است که هارمونیک

با سه پارامتر مستقل مشخص می شود: دامنه، فرکانس و فاز.

بر این اساس، سه نوع اصلی مدولاسیون وجود دارد:

دامنه،

فرکانس،

فاز.

مدولاسیون دامنه (AM) چنین تأثیری بر موج حامل است که در نتیجه دامنه آن مطابق قانون سیگنال ارسالی (مدول کننده) تغییر می کند.

ما فرض می کنیم که سیگنال مدوله به شکل یک نوسان هارمونیک با فرکانس W است

فرکانس بسیار کمتر موج حامل w.

در نتیجه مدولاسیون، دامنه ولتاژ نوسان حامل باید متناسب با ولتاژ سیگنال تعدیل کننده uW تغییر کند (شکل 1):

UAM = U + kUWcosWt = U + DUcosWt، (1)

که در آن U دامنه ولتاژ نوسان فرکانس رادیویی حامل است.

DU=kUW - افزایش دامنه.

معادله نوسانات مدوله شده با دامنه، در این مورد، شکل می گیرد

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

طبق همین قانون، جریان iAM نیز در حین مدولاسیون تغییر خواهد کرد.

مقداری که نسبت مقدار تغییر در دامنه نوسانات DU به دامنه آنها در غیاب مدولاسیون U را مشخص می کند ضریب مدولاسیون (عمق) نامیده می شود.

از این نتیجه می شود که حداکثر دامنه نوسان Umax = U + DU = U (1+m) و حداقل دامنه Umin = U (1-m).

همانطور که از رابطه (2) به راحتی می توان فهمید، در ساده ترین حالت، نوسانات مدوله شده مجموع سه نوسان هستند.

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

اولین عبارت نوسانات فرستنده در غیاب مدولاسیون (حالت سکوت) است. دوم - نوسانات فرکانس های جانبی.

اگر مدولاسیون توسط یک سیگنال فرکانس پایین پیچیده با طیفی از Fmin تا Fmax انجام شود، طیف سیگنال AM دریافتی به شکلی است که در شکل نشان داده شده است. باند فرکانسی Δfc اشغال شده توسط سیگنال AM به m بستگی ندارد و برابر است با

Δfс = 2Fmax. (5)

وقوع نوسانات فرکانس های جانبی در طول مدولاسیون منجر به نیاز به گسترش پهنای باند مدارهای فرستنده (و بر این اساس، گیرنده) می شود. او باید باشد

که در آن Q ضریب کیفیت مدارها است،

Df - جداسازی مطلق،

Dfk - پهنای باند حلقه.

روی انجیر مولفه های طیفی مربوط به فرکانس های تعدیل کننده پایین تر (Fmin) دارای اردیتاهای کوچک تری هستند.

این با شرایط زیر توضیح داده می شود. برای اکثر انواع سیگنال ها (به عنوان مثال، گفتار) که وارد فرستنده می شوند، دامنه اجزای فرکانس بالا طیف در مقایسه با اجزای فرکانس های پایین و متوسط ​​کوچک است. در مورد نویز ورودی آشکارساز در گیرنده، چگالی طیفی آنها در پهنای باند ثابت است.

گیرنده. در نتیجه، ضریب مدولاسیون و نسبت سیگنال به نویز در ورودی آشکارساز گیرنده برای فرکانس‌های بالای سیگنال تعدیل‌کننده کوچک است. برای افزایش نسبت سیگنال به نویز، اجزای فرکانس بالا سیگنال تعدیل کننده در حین انتقال با تقویت اجزای فرکانس بالا با تعداد دفعات بیشتری در مقایسه با اجزای فرکانس های پایین و متوسط، مورد تأکید قرار می گیرند و توسط آن کاهش می یابند. زمانی که قبل یا بعد از آشکارساز دریافت می شود، به همان میزان است. تضعیف اجزای فرکانس بالا قبل از آشکارساز تقریباً همیشه در مدارهای تشدید فرکانس بالا گیرنده رخ می دهد. لازم به ذکر است که تاکید مصنوعی بر فرکانس های تعدیل کننده بالایی تا زمانی که منجر به مدولاسیون بیش از حد نشود قابل قبول است (m> 1).

سخنرانی شماره 5

تی موضوع شماره 2: انتقال پیام های گسسته

موضوع سخنرانی: سیگنال های رادیویی دیجیتال و آنها

معرفی ویژگی ها

برای سیستم های انتقال داده، نیاز به قابلیت اطمینان اطلاعات ارسالی از همه مهمتر است. این امر مستلزم کنترل منطقی فرآیندهای انتقال و دریافت اطلاعات است. این زمانی امکان پذیر می شود که از سیگنال های دیجیتال برای انتقال اطلاعات به شکل رسمی استفاده شود. چنین سیگنال هایی امکان یکسان سازی پایه عنصر و استفاده از کدهای اصلاحی را فراهم می کند که افزایش قابل توجهی در ایمنی نویز ایجاد می کند.

2.1. درک پیام‌های گسسته

در حال حاضر، برای انتقال پیام های گسسته (داده)، به عنوان یک قاعده، به اصطلاح کانال های ارتباطی دیجیتال استفاده می شود.

حامل های پیام در کانال های ارتباطی دیجیتال سیگنال های دیجیتال یا سیگنال های رادیویی هستند اگر از خطوط ارتباطی رادیویی استفاده شود. پارامترهای اطلاعاتی در این سیگنال ها دامنه، فرکانس و فاز هستند. در میان پارامترهای همراه، فاز نوسان هارمونیک جایگاه ویژه ای را به خود اختصاص می دهد. اگر فاز نوسان هارمونیک در سمت گیرنده دقیقا مشخص باشد و در هنگام دریافت از آن استفاده شود، چنین کانال ارتباطی در نظر گرفته می شود. منسجم. که در نامنسجمدر کانال ارتباطی فاز نوسان هارمونیک در سمت گیرنده مشخص نیست و فرض بر این است که طبق قانون یکنواخت در محدوده 0 تا 2 توزیع شده است.  .

فرآیند تبدیل پیام های گسسته به سیگنال های دیجیتال در حین انتقال و سیگنال های دیجیتال به پیام های گسسته در هنگام دریافت در شکل 2.1 نشان داده شده است.

شکل 2.1. فرآیند تبدیل پیام های گسسته در حین ارسال آنها

در اینجا در نظر گرفته شده است که عملیات اصلی برای تبدیل یک پیام گسسته به سیگنال رادیویی دیجیتال و بالعکس با بلوک دیاگرام تعمیم یافته سیستم انتقال پیام گسسته مورد بحث در آخرین سخنرانی (نشان داده شده در شکل 3) مطابقت دارد. انواع اصلی سیگنال های رادیویی دیجیتال را در نظر بگیرید.

2.2. ویژگی های سیگنال های رادیویی دیجیتال

2.2.1. سیگنال های رادیویی کلیددار با تغییر دامنه (aMn)

کلید تغییر دامنه (AMn).بیان تحلیلی سیگنال AMn برای هر لحظه از زمان تیبه نظر می رسد:

س AMn (تی، )= A 0  (تی) cos(  تی ) , (2.1)

جایی که آ 0 ,   و  - دامنه، فرکانس حامل چرخه ای و فاز اولیه سیگنال رادیویی AMn،  (تی) – سیگنال دیجیتال اولیه (پارامتر اطلاعات گسسته).

شکل دیگری از نوشتن اغلب استفاده می شود:

س 1 (تی) = 0 در  = 0,

س 2 (تی) = A 0 cos(  تی ) در  = 1, 0  تی تی،(2.2)

که در آنالیز سیگنال های AMn در بازه زمانی برابر با یک بازه ساعت استفاده می شود تی. زیرا س(تی) = 0 در  = 0، سپس سیگنال AMn اغلب به عنوان سیگنال با مکث غیرفعال شناخته می شود. اجرای سیگنال رادیویی AMn در شکل 2.2 نشان داده شده است.

شکل 2.2. پیاده سازی سیگنال رادیویی AM

چگالی طیفی سیگنال AMn دارای یک جزء پیوسته و یک جزء گسسته در فرکانس حامل است.   . جزء پیوسته چگالی طیفی سیگنال دیجیتال ارسالی است  (تی) به ناحیه فرکانس حامل منتقل می شود. لازم به ذکر است که جزء گسسته چگالی طیفی فقط در فاز اولیه ثابت سیگنال اتفاق می افتد.  . در عمل، به عنوان یک قاعده، این شرط برآورده نمی شود، زیرا، در نتیجه عوامل بی ثبات کننده مختلف، فاز اولیه سیگنال به طور تصادفی در زمان تغییر می کند، یعنی. یک فرآیند تصادفی است  (تی) و به طور یکنواخت در بازه [- توزیع می شود  ;  ]. وجود چنین نوسانات فازی منجر به "تاری" مولفه گسسته می شود. این ویژگی همچنین مشخصه انواع دیگر دستکاری است. شکل 2.3 چگالی طیفی سیگنال رادیویی AMn را نشان می دهد.

شکل 2.3. چگالی طیفی سیگنال رادیویی AMn با تصادفی و یکنواخت

توزیع شده در بازه [-  ;  ] فاز اولیه 

میانگین توان سیگنال رادیویی AM برابر است با
. این توان به طور مساوی بین اجزای پیوسته و گسسته چگالی طیفی توزیع می شود. در نتیجه، در سیگنال رادیویی AMn، سهم جزء پیوسته ناشی از انتقال اطلاعات مفید، تنها نیمی از توان ساطع شده توسط فرستنده را به خود اختصاص می دهد.

برای تشکیل سیگنال رادیویی AMn، معمولاً از دستگاهی استفاده می شود که تغییر در سطح دامنه سیگنال رادیویی را مطابق قانون سیگنال دیجیتال اولیه ارسالی ارائه می دهد.  (تی) (مثلاً یک مدولاتور دامنه).