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