Радиотелеметрические системы с временным разделением каналов
Размещено на /
Содержание
Введение
Глава 1. Виды модуляции, применяемые в системах с ВРК
1.1 Амплитудно – импульсная модуляция (АИМ)
1.2 Широтно-импульсная модуляция
1.3 Время-импульсная модуляция
Глава 2 Переходные искажения в системах ВРК
2.1 Переходные искажения второго рода
2.2 Переходные искажения первого рода (в области ВЧ)
Глава 3 Помехоустойчивость РТМС с ВРК
Глава 4 Многоступенчатая коммутация в РТМС с ВРК
Глава 5 Синхронизация в РТМС с ВРК
5.1 Системы и сигналы синхронизации
5.2 Методы кадровой синхронизации
Заключение
Список литературы
Введение
Телекоммуникации являются одной из наиболее быстро развивающихся областей современной науки и техники. Жизнь современного общества уже невозможно представить без тех достижений, которые были сделаны в этой отрасли за немногим более ста лет развития. Отличительная особенность нашего времени – непрерывно возрастающая потребность в передаче потоков информации на большие расстояния. Это обусловлено многими причинами, и в первую очередь тем, что связь стала одним из самых мощных рычагов управления экономикой страны. Одновременно, претерпевая значительные изменения, становясь многосторонней и всеобъемлющей, электросвязь каждой страны становится все более интегрированной в мировое телекоммуникационное пространство.
Глава 1 Виды модуляции, применяемые в системах с ВРК
Амплитудно – импульсная модуляция (АИМ)
При АИМ амплитуда импульса изменяется в соответствии с передаваемым сообщением.
, ( 1)
где
,
- амплитуда
немодулированных
импульсов,
-
парциальный
коэффициент
модуляции,
- модулирующая
функция,
- функция, описывающая
форму импульсов,
.
Различают АИМ1 и АИМ2. При АИМ1 амплитуда импульса следит за изменением модулирующей функции (рисунок 1).
.
( 2)
Рисунок 1
В случае
АИМ2 амплитуда
импульса определяется
мгновенным
значением
моделирующей
функции в точке
(рисунок 2)
.
( 3)
Рисунок 2
Анализ показывает, что АИМ2 сопровождают искажения. Обычно АИМ2 применяют на приемной стороне, если перед демодуляцией АИМ1 осуществляется удлинение импульсов, а также перед АЦП. Рассмотрим частотный спектр АИМ1 в случае:
.
( 4)
Спектр
АИМ1 содержит:
постоянную
составляющую,
составляющую
на частоте
модуляции,
бесконечную
сумму гармоник,
составляющую
на частотах
(рисунок 3).
Рисунок 3
Особенностью
спектра АИМ1
является то,
что амплитуда
составляющей
на частоте
модуляции не
зависит от
частоты, а амплитуды
боковых составляющих
при гармониках
одинаковые.
Демодуляцию АИМ сигналов можно осуществлять с помощью полосового фильтра (ПФ) или ФНЧ. Для демодуляции с помощью ПФ на его выходе получается амплитудно-модулированные колебания, и для выделения этих сообщений требуется применение амплитудного детектора (рисунок 4).
Рисунок 4
При демодуляции с помощью ФНЧ на выходе получается непосредственно сообщение (рисунок 5).
Рисунок 5
Усилитель
(У) на выходе
ФНЧ необходим,
т.к. амплитуда
сигнала на
частоте модуляции
,
.
Для
увеличения
отношения
на
выходе ВС ставят
расширитель
(Р) импульсов,
т.е. преобразуют
АИМ1 в АИМ2 (рисунок
6).
Рисунок 6
Такой
метод демодуляции
АИМ широко
применяется.
Спектр АИМ2
содержит те
же спектральные
составляющие,
что и АИМ1, но
имеются существенные
отличия. Амплитудные
составляющие
на частоте
зависят от
частоты, а
составляющие
различны
и так же зависят
от частоты
(рисунок 7).
Рисунок 7
Из
рассмотрения
спектра АИМ2
следует, что
использование
АИМ2 приводит
к неустранимым
искажениям
при демодуляции.
Но чем меньше
длительность
импульсов
,
тем меньше эти
искажения
проявляются
при демодуляции.
Необходимо
при расчете
параметров
выбирать верхнюю
частоту ФНЧ
из условия
.
1.2 Широтно-импульсная модуляция
Параметры модуляции при ШИМ не входят явно в формулу ( 1), поэтому аналитическая запись ШИМ имеет вид:
,
( 5)
где
и
-
функции, описывающие
изменение
передних и
задних фронтов
импульсов
соответственно.
Рисунок 8
Закон изменения длительности импульсов имеет вид:
,
( 6)
где
-
длительность
импульсов при
отсутствии
модуляции,
- нормированная
модулирующая
функция,
-
парциальный
коэффициент
модуляции.
Различают
двухстороннюю
(ШИМ) и одностороннюю
(ОШИМ) модуляцию.
Кроме того,
различают ШИМ
первого и второго
рода. В случае
ШИМ1 длительность
импульсов
определяется
значением
модулирующей
функции
в момент возникновения
передних и
задних фронтов
импульсов.
При
ШИМ2 длительность
импульсов
пропорциональна
мгновенным
значениям
модулирующего
напряжения
в тактовых
точках. В качестве
модулятора
ОШИМ2 используют
фантастроны.
При
различия между
ШИМ1 и ШИМ2 не
существенны.
Выражения для
ОШИМ1 и ОШИМ2
имеют вид
при
ОШИМ1
,
при
ОШИМ2
.
Определим
спектр ОШИМ1
при модулирующей
функции
(рисунок 9).
Рисунок 9
Спектр
ОШИМ1 содержит
постоянную
составляющую,
составляющую
на частоте
модуляции
и составляющие
на частотах
.
Неискаженная
демодуляция
ОШИМ1 вследствие
наличия составляющих
невозможна.
Частотный
спектр ОШИМ2
имеет те же
составляющие,
что ОШИМ1. Отличие
заключается
в наличии в
спектре ОШИМ2
гармоник модулирующей
частоты
,
что приводит
к дополнительным
искажениям
сигнала при
демодуляции
(рисунок 10).
Рисунок 10
Практически используется способ демодуляции ШИМ и ОШИМ с помощью ФНЧ (рисунок 11).
Рисунок 11
Обычно
выбираются
следующие
параметры ОШИМ
,
.
Исходя из
длительности
осуществляется
выбор полосы
приемного
тракта.
1.3 Время-импульсная модуляция
При
ВИМ сдвиг импульсов
относительно
тактовых точек
изменяется
по закону
(рисунок 12)
модуляция искажение коммутация синхронизация сигнал
Рисунок 12
Для
ВИМ выражения
для последовательности
импульсов имеет
вид
,
( 7)
где
,
.
Различают ФИМ
первого и второго
рода.
Для
ВИМ первого
рода
,
т.е. временной
сдвиг импульсов
пропорционален
значению модулирующей
функции
в
момент появления
этого же импульса.
Для
ВИМ второго
рода
,
т.е. временной
сдвиг импульсов
пропорционален
значению
в тактовых
точках. Различия
между ФИМ-1 и
ФИМ2 при
становятся
несущественными.
Определим
спектр ФИМ-1,
полагая что
(рисунок
13).
Рисунок 13
Спектр ФИМ-1 состоит из:
постоянной составляющей;
полезной
составляющей
на частоте
;
составляющих
с частотой
;
составляющих
с частотами
.
Частотные составляющие спектров ШИМ-1 и ВИМ-1 совпадают, но амплитуды полезных составляющих зависят от индекса модуляции и очень малы.
Амплитуда полезной составляющей определяется выражением:
( 8)
При
,
и
амплитуде
полезной составляющей
на выходе ФНЧ
в этом случае
равна
,
т.е. зависит от
частоты модуляции.
Следовательно, демодуляция ВИМ-1 с помощью ФНЧ сопровождается завалом нижних и подъемом верхних модулирующих частот. Демодуляция ВИМ с помощью ФНЧ на практике не используется. Чтобы уменьшить искажения и увеличить уровень полезной составляющей на выходе демодулятора при демодуляции ВИМ применяются преобразования ВИМ в ШИМ или ВИМ в АИМ.
Рассмотрим
преобразование
ВИМ в ОШИМ с
помощью триггера
(рисунок 14), где
- сигнал в тактовых
точках,
- сигнал ВИМ,
- сигнал на выходе
триггера.
Рисунок 14
Преобразование ВИМ в АИМ (рисунок 15).
Рисунок 15
Рисунок 16
Демодулятор ВИМ имеет вид, приведенный на рисунке 17, где ПР – преобразователь.
Рисунок 17
Глава 2 Переходные искажения в системах ВРК
Переходные искажения появляются в результате переходных процессов, которые сопровождаются появлением или исчезновением импульсных сигналов в многоканальных системах.
Причиной появления переходных искажений является недостаточно широкая полоса пропускания тракта радиолинии. Различают помехи первого рода, возникающие вследствие искажений спектра группового сигнала в области высоких частот (ВЧ) и помехи второго рода, возникающие из-за искажений спектра группового сигнала в области нижних частот (НЧ). Искажения первого рода возникают из-за завала ВЧ составляющих спектра в тракте радиолиний. Искажения второго рода возникают в передающей аппаратуре до модулятора несущей и в приемной (видеоусилителе) в области модулирующих частот.
2.1 Переходные искажения второго рода
Возникновение
помех второго
рода обусловлено
нелинейностью
АЧХ и ФЧХ видеоусилителя
общего тракта
в полосе, которую
занимает спектр
модулирующих
частот. Полагаем,
что на входе
видеоусилителя
с характеристикой
подана последовательность
импульсов n
каналов, и в
одном канале
осуществляется
АИМ (рисунок
18).
Рисунок 18
Нелинейность
АЧХ и ФЧХ видеоусисилителя
приводит к
уменьшению
полезной составляющей
на
,
а ее фаза сдвигается
на угол
,
что отображено
на векторной
диаграмме
(рисунок 19).
Рисунок 19
Из
анализа векторной
диаграммы
следует, что
в состав спектров
немодулируемых
последовательностей
как бы вводится
дополнительная
составляющая
на частоте
с амплитудой
и уменьшается
амплитуда
полезной составляющей
в спектре
модулируемого
сигнала (рисунок
20).
Рисунок 20
Сигнал на выходе i-го временного селектора без искажений имеет вид:
, ( 9)
.
Групповой сигнал при искажениях второго рода описывается выражением:
.
( 10)
Если модуляция импульсов осуществляется во всех N каналах, то из векторной диаграммы следует, что:
.
( 11)
Тогда сигнал на выходе временного селектора равен:
.
( 12)
Для
демодуляции
АИМ используют
ФНЧ. Сигнал на
выходе ФНЧ при
равен:
. ( 13)
Оценим
переходные
искажения
коэффициентом
:
,
( 14)
где
- мощность сигнала
i-го
канала
,
а мощность
помехи равна:
.
( 15)
При
условии, что
коэффициенты
модуляции
во всех N
каналах одинаковы,
формула для
коэффициента
переходных
искажений имеет
вид:
. ( 16)
Если
,
а расстояние
между циклами
,то:
. ( 17)
Введем
понятие среднего
коэффициента
искажений
:
.
( 18)
В этом случае:
.
( 19)
Таким
образом, при
N
>> 2 ,
.
Таким образом,
при увеличении
N
уменьшается
и падает мощность
помех
.
Основным способом устранения НЧ искажений является применение фиксатора уровня (рисунок 21):
Рисунок 21
Постоянная времени