Физические основы когерентной обработки сигналов

1. Физические основы когерентной обработки сигналов

2.

Лекция 1.
Когерентная обработка сигналов в МкСПИ с
ортогональными по частоте сигналами
1. Принципы ортогонального формирования группового сигнала
в МкСПИ
Системы передачи - совокупность Тех.Ср, обеспечивающих
образование типовых каналов передачи и групповых трактов
первичной сети связи, по которому сигналы электросвязи
передаются посредством радиоволн в открытом пространстве
Различают три типа объединения (уплотнения) индивидуальных
сигналов в групповой сигналов (ГС) в МкСПИ по типу ортональности
сигналов
1. ЧРК.
2. ВРК
3. КРК

3.

3
Условие разделимости сигналов (логических каналов)
Линейная независимость
Математически: определитель Грама в евклидовом пространстве д.б.:
( S1S1 ) ( S1S2 ) ( S1S3 )
Г (S )
( S1S n )
( S2 S1 ) ( S2 S2 ) ( S2 S3 )
( S2 Sn )
( Sn S1 ) ( Sn S2 ) ( Sn S3 )
( Sb S n )
( S1S1 ) 1 ( S1S 2 ) 2 ( S1S3 ) 3
( S1S n ) n ( S1 )
( S2 S1 ) 1 ( S2 S2 ) 2 ( S2 S3 ) 3
( S 2 S n ) n ( S 2 )
( S n S1 ) 1 ( S n S 2 ) 2 (S n S3 ) 3
( S b S n ) n ( S n )
(1)
0,
где =S1 1+S2 2+S3 3+…+Sn n– отличит. признак сигналов;(Si Sj) – скалярное произведение векторов Si и Sj.
Г (S1S2 ) S1 S2 cos
Для двух сигналов
(2)
а - линейно зависимые
сигналы
S2
Условие ортогональности сигналов:
(3)
n
SГС ( F , t ) Si (t , f i )
i 1ГС
n
(5) SГС ( Т , t ) Si (t , ti ) (6)
S ГС t , t
1
2
t1 t2
t
TC
GГС n / ti
GГС t , fi
...
n
f
FВРК 1 t
fi fi fГi
f 2
f n
2 f
f
n
f
FЧРК
К1
К2
...
А
B
C
D
МП
А
1
B
2
Низкоскоростные
линии
C
D
3
4
Низкоскор.
входящие
линии
Мультиплексор
Разделение каналов
высокоскоростной ДМП
линии
tn
Кn
T1, T2, T3, T4
1234
Высокоскоростная
линия
f
B f
Коррелятор
t1
t2
1
ТЦ
t1
x
t2
n
tn
2
СИ
Демультиплексор
D
FКРК
ДМП
1
1
2
2
3
4
Низкоскор.
выходящие
линии
3
4
Низкоскор.
входящие
линии
k1
k2
x
Т ПСП i
Код1
Код2
x
...
kn
Код n
МП k1
k2
k3
k4
Высокоскоростная
линия
Т
ПСП
Принцип построения МП
Сумматор
Формир.
Формир.
ортогон. сигналов
K линейного сигнала
СИ
ДМП
1
1
2
3
4
Низкоскор.
выходящие
линии
2
3
ГО
1
2
...
C
f
1. ЧРК -мультиплексирование с разделением по
частоте (Frequency Division Multiplexing, FDM).
2. ВРК - мультиплексирование с разделением по
времени (Time Division Multiplexing, TDM).
3. КРК - мультиплексирование с разделением по
коду (Code Division Multiple Access - CDMI).
4.Мультиплексирование с разделением по
пространстве (Multiple Input Multiple Output МIMO) и др (поляризационное).
...
Низкоскоростные
линии
Мультиплексор
А
B
1...n
...
1
ПрЧ
МП
t
GГС 1 / nBT
Коммутатор
...
ФСС
kn
Демультиплексор
f
f1
СМ
i
TПСП
...
1
Г
(СЧ)
t
i
i 1
...
f n
n f
f сч
Т Ц
n
S (t , k ) (7)
...
k2
n
Преобразователь частоты
f
n
tn
Мультиплексор
FЧРК
S ГС ( K , t )
S ГС t , K k1
...
...
f 2
f1
i 1
1...n
...
2
1
Способы мультиплексирования
(4)
Демультиплексор
S ГС t
S1
N
ГО
ИО
ГО
УИзмОш
УУ
ПрК
Выход
i 1
n
S1
Входы
SГС (t ) Si (t , i )
S2
cos t , при i j
S
t
,
S
t
,
dt
i
i
j
j
0
при i j
0,
Т
Матем. модели МкСП:
б - линейно независимые
сигналы

4.

4
Лекция 2.
Принципы построения многоканальных радиосистема передачи с ЧРК и ЧМ
СП с ЧРК-ЧМ – эти СП, к-е используют 2 ступени частотного преобразования сигналов:
1. ЧРК – формирования многоканального сигнала (ГС) путем частотного объединение
(разделение) канальных сигналов (трактов);
2. Частотная модуляция (ДМ) радиосигналов
Достоинства СП с ЧРК-ЧМ
1.Отсутствие синхронизации, что обеспечивает ПМУ по синхроканалу.
2. Высокая ПМУ передачи сигналов.
3. Высокая эффективность использования выделенной ПЧ;
4.Универсальность каналов и трактов - сопряжение.
5.Высокая стабильность остаточного затухания каналов при БЗ.
6.Возможность внешнего уплотнения – удалённость от УС ПУ (до 14…16 км).
Недостатки РРЛ с ЧРК-ЧМ:
1.Громоздкость АУ, особенно при N>12..
2.Невозможность выделения КТЧ без ДМ до ТЧ всех или группы каналов.
3.Повышение требований к линейности:
- АХ и АЧХ ГрУ и АО, модуляционной и ДМ характеристик;
- ФЧХ усилителей ВЧ и ПЧ;
4.Каналы ТЧ имеют неодинаковое качество по шумовой защищенности.
4

5.

Канал передачи
Групповой
сигнал
CЛ
Линейный
сигнал
Линейный
сигнал
Среда
РРВ
Оборудование
радиоствола
(ПРД, ПРМ)
Групповой
сигнал
Ок. оборудование
радиоствола
(М, ДМ, АПР, Кодек,
КСС, Модуль
управл., ...)
Оборудование
радиоствола
(ПРД, ПРМ)
CЛ
КО и Гр
Об
(КОА)
Аб2
...
Ок. оборудование
радиоствола
(М, ДМ, АПР, Кодек,
КСС, Модуль
управл., ...)
КО и Гр
Об
(КОА)
...
Радиоствол
Многоканальный радиоствол (ствол)
Рис. 1. Обобщенная структурная схема многоканальной РР СП
...
АОК с ЧРК и тр.
АЦП/
ЦАП
F
Оконечное оборудование ствола передачи
Передатчик
ЧМ
ПК
АО
УГС
УПЧ
СМпд
УМ ВЧ
ПФпд
Дуплексёр
f рч1
f сч1
Синтезатор
частот
Гсдв
Г
АЦП/
ЦАП
ВК
fпч
ДМ
Волновой
тракт
Г
f сч2
ОПУ
Приёмник
f
УГС
Антенна
Гнес
СМсдв
Оконечное оборудование ствола приёма
a
АРК с ЧРК и тр.
ПФ
f
МАЦ
МАЦ
f рч1 f пч f сч1
fпч
a
ЧРК
...
Аб1
АО
УПЧ
КГВЗ
САУ
ФСС
СМпм
f пч f рч2 f сч2
МШУ
ПФпм
f рч2
от СУ
станцией
Рис. 2. Структурная схема приемопередающего оборудования РРС
УОС – устройство объединения сигналов; УГС – усилитель групповых сигналов; АО – амплитудный ограничитель
ПК – предыскажающий контур; ЧМ – частотный модулятор; УПЧ – усилитель промежуточной частоты
МУПЧ – мощный усилитель промежуточной частоты; СМпер – смеситель передатчика; ПФ – полосовой фильтр
УСВЧ – усилитель сверхвысокой частоты
СМпр – смеситель приемника; КГВЗ – корректор группового времени запаздывания; ЧД – частотный детектор
ВК – выравнивающий контур; УРС – устройство разделения сигналов; РФ – разделительный фильтр
5

6.

6
2. Принцип формирования и характеристики группового сигнала с ЧРК и ЧМ
1ст-Метод частотного уплотнения
Nk
FN
FнN
ГС
F
1
2
F1
N2
F2
Fн2
1
F
F1
2
2
1
F2
2
= 0,9 кГц
N
F3
FN
S ГС t , F
1
FЧРК
n
f n
...
2 пр.
Г
Fкч
Пер
ЧМГ
КСС
МкФ
Групповой тракт приема
ИППр1
ГС
ГППр
Приемный тракт
радиосигнала РРС
ГУ
Прм
Fn1
ИППрN
N
f2
ДМ
Fкч
КСС
ЧД
FN
FnN
( S1S1 ) 1 ( S1S2 ) 2 ( S1S3 ) 3
( S1Sn ) n ( S1 )
( S2 S1 ) 1 ( S2 S2 ) 2 ( S2 S3 ) 3
( S 2 S n ) n ( S 2 )
t
( Sn S1 ) 1 ( Sn S2 ) 2 ( Sn S3 ) 3
Преобразователь частоты
n
М
Матрица Грама- разделения сигналов по ортогональному признаку
f
FЧРК
f1
f 2
...
f сч ФСС
Г
(СЧ) fрч fпч fсч
Индивидуальный
тракт приема
F1
Г (S )
СМ
ГУ
FN
F
ГС
1
ГС
Рис. 2. Структурная схема радиорелейной станции с ЧРК-ЧМ
...
f 2
S ГС t , T
N
1
Fк = Fв - Fн =
3,4 - 0,3 =
3,1 кГц
а) частотное разделение каналов
(частотная ортогонпльность)
2
ИППN
FnN
…
3
f1
ГПП
ч
Рис. 1. Принцип формирование ГС в СП с ЧРК
f1
FN F
Передающий тракт
радиосигнала РРС
Fn1
F
N
F1
Fк
F1
N
ДС
Fн1
1
F3
…
…
Групповой тракт передачи
ИПП1
1
N
N1
КЧ
3
F2
Индивидуальный
тракт передачи
FЧРК
f n
ПрЧ
Рис. 3 Формирователь ортогональных
по частоте сигналов
ММ ЧРК:
n
SГС , t Si t , i
i 1
ММ ПрЧ:
i FN j FnN
0
(1)
( S b S n ) n ( S n )
(2)
(3)
В результате индивидуального преобразования формируется первичные
группы (ПГ) каналов, включающие в себя 3, 6 или 12 КТЧ.
6
3-канальные группы образуют широкий канал (ШК)- 12,3…23,4 кГц.
6-канальные ПГ 4…30 кГц, 12-канальные – 60,6…107,7 кГц

7.

2ст- Метод формирования радиосигнала
7
Два способа формирования ЧМС
1. На частоте радиосигнала (на рабочей частоте диапазона частот РРС);
2. На промежуточной частоте
1. В малоканальных РРСт, работающих в диапазоне МВ и ДКМ (80-645МГц) ЧМС формируется
непосредственно на радиочастоте в ЧМГ без кварцевой стабилизацией частоты
Достоинство:
- ЧМС формируется 1 генератором без разрыва фазы
(это сужает спектр радиосигнала);
- простота реализации.
Недостаток:
Передатчик
Uупр
VD
ЧМГ
СVD
ГС
L
УМ ВЧ
f рч
Г
к ЧМГ
Радиоствол
f
– низкая стабильность частот и частотного
сдвига (ЦР)- воздействие ДСтФ ГС
Uупр
1
2 LCVD
Рис. 1. ЧМС на частоте несущей
Передатчик
2. В многоканальных РРСт, работающих в диапазоне
ДКМ и СМВ (1,5-8 ГГц) ЧМС формируется на ПЧ, а затем
переносится в область рабочих частот с помощью
высокостабильного генератора частотных подставок
(ГЧП).
Достоинство:
ЧМГ
ГС
Г
УПЧ
УМ ВЧ
f пч
ГЧП Г
f сч1 Радиоствол
Рис. 2. ЧМС на промежуточной частоте
- более высокая стабильность рабочей частоты;
- повышенная стабильность частот манипуляции (ЦР), т.к. на
ПЧ можно понизить абсолютную стабильность частоты ЧМГ,
путем термостатирования и исключить воздействие
климатических изменений на его частоту, Недостаток: –
сложность (ГЧП,ПФ, Сложный ГМС)
СМпд
Упр
Г
f вч1
СМпд
Г
f вч1
f пч
fг
Г
Рис. 3. ЧМнС на ВЧ-ПЧ
3. Комбинированный (ЦР). ЧМнС формируют кварцевые генераторы на ВЧ с разрывом фазы с
7
последующим понижением часты до ПЧ, а затем перенос в ОРЧ с помощью ГЧП

8.

Лекция 3. Характеристики ЧМ радиосигнала. Пороговый эффект
8
1. Параметры низкочастотных сигналов (ГС)
а)в частотной области
– ПЧ (шириной спектра) ГС Fгс;
– нижняя F1 и верхняя F2 граничные частоты;
– число каналов Nk;
– ЭППЧ КТЧ Fk; 0,3…3,4 кГц;
– значение средних частот каналов Fi;
– защитные полосы частот между каналами ;
а)
F
КСС
F1
0
б) во временной области
U эф uгр2 t
- Uэф эффективное напряжение ГС
- Uпик пиковое напряжение ГС, U к-ое превосходит
величину uгр(t) с заданной вероятностью в %
- Пф пик-фактор ГС, дБ
Ï ô 20lgU ýô U ï èê Ï ô p Pï èê p Pñð
Производные П.
Ðñð ÃÑ U '2ýô R
ðï èê ÃÑ 10lg P' ï èê ÃÑ 1 ì Âò
- суммарная мощность ГС (ур. относ. 1 МВт, дБм
Pср ГС 10 lg n A 13 2.9
Pср ГС 1 4 lgNK
15
Pср ГС
10lgN K
13
nа 1 15.5
na
na
Пф 20lgU эф U пик
uгр
б)
…
Nk
F2
uгр
F
Fi
Fk
Uпик 0
Uпик 0,01
Uпик 0,1
=0
,
Ðï èê ÃÑ U '2ï èê R
ðñð ÃÑ 10lg P' ñðÃÑ 1 ì Âò
…
F2
- ср. (пик) мощность ГС на R, дБ
- ур. ср. (пик) мощности ГС, дБ
k
2
1
ГС
0,01
= 0,1
0,1
( uгр)
Uэф
,
0
t
3 NK 12
12 Nk 240
N k 240
Для речевого сигнала величина пик-фактора равна
18 дБ для = 0 и 13 дБ для = 0,001;
Для ГС пик-фактор не превышает 10 дБ, для = 0,001;.
Рис. 1. Параметры группового сигнала
8

9.

2. Параметры радиосигналов
1.Эффективная девиация частоты (на канал) Δfк это девиация на выходе М при подаче на вход КТЧ
изм-го сигнала нулевого уровня (с f=800Гц и Р=1 мВт).
Параметры многоканального ЧМ радиосигнала
Согласно рек. МСЭ в РРСт: ∆fк = 50, 100, 140 или 200 кГц
в зависимости от числа каналов N.
fk = S Uизм
(1)
f К Sчм Ризм RВх
f0 - fпик
+UГр
f эф
U эф
f k
U изм
-Uпик
-Uэф
fk + fэф
f0
f0 + fэф
+Uэф
0
f0 + fпик
f
+UГр
+Uпик
Тk=1/Fk
Uk эф
fэф = S Uэф
0,05 Рср
f эф f к Рср fк10
б)
(2)
Пиковая девиация ГС fпик = S Uпик
f пик f k
U пик U изм
fk + fэф
f0 - fэф
а)
где Sчм– крутизна модуляционной характеристики;
Ризм= 1мВт – ср.мощность измер. сигнала на R=600 Ом.
Эффективная девиация ГС
9
0.05 P пик
f пик fк 10
в)
Т=1/F2
(3)
где ∆fэф и ∆fк измеряются в кГц,
Рср– безразмерная величина, равная Рср в мВт.
t
Пример, при N > 240, когда рср = -15 + 10 lg(N), дБ, в соответствии с (2) получаем
2.Индекс ЧМ на канал, при модуляции ГС
m f k Δf k / Fk
fЭ f К10 0,05 15 0,5lg N N f К10 0,75 0,1778 N f К
m f эф Δf э / FВ
где Fk= Fi – средняя частота k -го канала в спектре ГС, F
в
m f пик Δfпик / FВ
(4)
= F2 – верхняя частота ГС
3.Ширина спектра радиосигнала с ЧМ, определяется по формулам Манаева
Формулы Манаева
Формула Карсона
fC 2 FB 1 mпик mпик
mпик 3
f C 2 3,16 f эф FВ
f C 2 FB 1 mпик
3 mпик 10
f C 2 FВ 1 mпик = 2 FВ 2 f пик
(5)
fC 2 FB
mпик 10
9
(6)

10.

10
3. Помехоустойчивость многоканальных сигналов с ЧРК-ЧМ. Методы повышения ПМУ
Интегральным показателем, определяющим качество связи в смысле ПМУ каналов РРЛ с ЧРК-ЧМ,
является отношение сигнал/шум в отдельном канале ГС.
2
2
f k
(1)
Fk i
где Fтч – полоса эффективно передаваемых полос частот (КТЧ -3,1 кГц);
Fk i – значение средних частот КТЧ в спектре ГС;
fк – эфф. девиация частоты на канал (для СП с ЧРК-ЧМ 35…200кГц);
fпч– полоса пропускания тракта ПЧ приемника (ширина спектра ГС).
Рс
P f пч
c
Рш Вых i Pш Вх Fтч
Pшт i
k Tш Fki
Pс вых i
ΔFтч
Pс вх Δf k
Спектральная плотность мощности
шума на выходе демодулятора
W
Пропорционально F2
Выигрыш ЧМ.
Однако в общем ПМУ ЧМС выше АМС. Так, обобщённый выигрыш за
счет обработки модулированного сигнала в детекторе можно определить по
формуле
Pc
q
Pc
Pш Вых ЧД F
N F
Вых
2 0 Вх
Pш Вх ЧД FВх
Пф Pc Вх N Вых
(3)
(2)
Fk
F1
Fki - Fk
Fki
F2
F
Рис.1. Изменение спектральной плотности
Рш в пределах основной полосы частот ГС
Закон шумового треугольника. Коррекция качества каналов с ЧРК-ЧМ
Анализ. КТЧ, находящиеся в верхней части спектра ГС обладает худшей ПМУ (отношением
сигнал/шум), чем в более низшей - закон шумового треугольника.
W
Выравнивание КТЧ по качеству- предыскажение. Для этого на
10
передаче устанавливают ПК с ЧХЗ:
(4)
6,90
WПК F дБ 10lg 1
5,25
2
1
W 0, 4 1,35 2 0,75 4
F
/
F
F
/
F
0
0
5
F0 1,25F2 – частота, на которой обеспечивается минимум затухания (0 дБ);
F –текущая частота.
F / F2
0,6
W = 4 дБ.
00
0,5
0,6
1
1.5

11.

4. Пороговый эффект
11
Суть порогового эффекта.
аш
В СП с ЧМ – резкое снижение уровня сигнала на выходе СП при
Рпор < 10 Рш,
(1)
m2
помехи в каналах резко меняют свой характер, и из «гладкого» шума
превращаются в хаотическую последовательность импульсов большой
амплитуды (щелчки).
m1
m1>m2
Методы повышения чувствительности приёмника РР СП с ЧРК-ЧМ
Суть порогопонижающих схемы основана на сужении полосы
пропускания приемного тракта и соответствующем уменьшении
мощности шума, а следовательно величины порога.
Рш = kTш fп.
ЧМС
Uc
ФД
Uг
U c
(2)
Рпор = 10Рш=10kTш fп.
АМС
1
ГУ
Uг
ЧМГ
а)
Рпор 1
Рпр
Рис. 1. Зависимость уровня порога от индекса
ЧМ
qосч
1 m f рс
1 m f пч m f пч
(4)
аш
U c
Постоянное
напряжение
Переменное
напряжение
Uc
(3)
Рпор 2
б)
Рис.2. Схема порогопонижающего устройства
2
Рпор без пороснижающей
схемы
Рпор с пороснижающей
схемы
Рис. 3. Пороговые характеристики
Рпр

12.

12
Радиосистемы передачи с ВРК
Лекция 4. Когерентная обработка сигналов в МкСПИ с
ортогональными по времени сигналами
1. Принципы ортогонального формирования ГС с ВРК в МкСПИ
f ( x) f
1
2
Tmax
( x)... f N ( x)dx 0
X
f1 (t ) f 2 (t )... f N (t )dt 0
(1)
Tmin
U Вых
f1(t)
f2(t)
2
1
Tmin= 0
fN(t)
T2
T3
N
T4
TN-1
TN-1= Tmax
Т
Теорема Котельникова (в англ.литературе- т.Найквиста-Шеннона или теорема отсчётов) если аналоговый сигнал имеет конечный спектр, огр-ый по ширине верхней частотой Fв,
то он может быть восстановлен однозначно и без потерь по своим отсчётам, взятым с
частотой, строго большей удвоенной верхней частоты
fд 2Fв
(2)
Восстановление – интерполяционный ряд Котельникова
sin t k
x t x k
k
t k
(3)
где - это временной интервал дискретизации, который должен удовлетворяет ограничениям
0< <1/2Fв . Мгновенные значения данного ряда есть дискретные отсчёты сигнала x(k ).

13.

13
Радиосистемы передачи с ВРК
Основной показатель качества многоканальных РТС передачи- мощность шумов Рш вых.
Каналы в системах передачи с ВРК имеют одинаковое качество всех каналов.
Когерентная обработка ортогональных по времени сигналов и устройства многоканальной
РТС приведены на рис. 1 и 2.
u чм (t)
U и (t)
f1
U и (t)
t
U(t)
t
t
t
f2
Фазоимпульсный
модулятор
Частотный
модулятор
U и (t)
U и (t)
t
Модуляционный
узел 1
Фазоимпульсный
демодулятор
Частотный
демодулятор
U ' (t)
t
Рис.1. КГ обработка сигналов
ортогональных по времени
t
Аппаратура
временного
разъединения
каналов
Аппаратура
временного
объединения
каналов
Модуляционный
узел 1
Модуляционный
узел i
Модуляционный
узел i
Модуляционный
узел N
Модуляционный
узел N
Распределительн.
устройство
Распределительн.
устройство
Рис.2. Многоканальная система
ПИ с ВРК (ФИМ-ЧМ)

14.

14
Радиосистемы передачи с ВРК
Принципы формирования группового сигнала основе ФИМ и ВРК
Канальные
импульсы (НЧ сигнал) в составе ГС передаются последовательно.
.
Для определения последовательности передач на приеме, в состав ГС вводится синхросигнал (СС),
tз
1
2
кан. кан.
CC
3
кан.
Nк
кан.
CC
1
кан.
...
tm
τ0
Tк
t
Tц
Рис. 1. Структура группового сигнала в РРЛ с ФИМ-ЧМ
Параметры низкочастотных сигналов (ГС)
Цикл (период дискретизации), Тц - длительность интервала между двумя
последовательными передачами одного аналогового сигнала Tц 1/Fи Fи 8 кГц Tц 125 мкс
Кадр (период следования импульсов ГС), Тк - интервал времени между соседними
канальными импульсами при отсутствии модулирующего сигнала Тк
Длительность канального импульса о - выбирается предельно малой с тем, чтобы
организовать по возможности наибольшее число каналов.
Девиация временного положения канального импульса tm –максимальное
отклонение импульса от первоначального положения. (определяет уровень шум в канале)

15.

15
Радиосистемы передачи с ВРК
Число каналов СПИ
Nк
Tц
ТК
Tц
(1)
tз 2 tm 0
Tц 1 Fц 1 (2 4000) 125 мкс –интервала между двумя последовательными передачами
одного сигнала (отсчёта);
0 – длительность канального импульса, 0 = 0,3…1 мкс (т.к. f с = 1/ 0 = 1….3,3 МГц);
tз – защитные временные интервалы, tз .(3…5) 0;
tm = 0,5mфимTк
– девиация временного положения канального импульса;
где mфим – индекс модуляции (0,3…0,6);
mфим
Δtm
1...1,5
0,38 0,58
0,5 Tк 0,5 5,2
(2)
Tк 1 Fк Tц Nк 125 / 24 5,2 мкс - период следования импульсов ГС
Fк Fц Nк 8 24 192 кГц - общая частота следования видеоимпульсов всех каналов
Число каналов, пример
Nк
Tи
125
125
20 41
tз 2 tm τ 0 1,5..2,5 2 1..1,5 0,5 5..7

16.

16
Радиосистемы передачи с ВРК
Помехоустойчивость СПИ с ВРК (ФИМ-ЧМ)
Ршт вых Рк
t 2 Fк
Fк
2
ш
2
0
tш
Uфим
(1)
Р
эффективной
(дисперсия)
tш2 ш tФ2 –квадрат
паразитной девиации импульсов, вызванный
Рс вх
напряжением помехи Uп (рис.1);
Реальный
импульс
Uпор
Рк– мощность сигнала на выходе канала, соответствующая
требуемому уровню (+4,35 дБм - пересчитать);
Uш
Импульс
без шума
Um
ΔFк = 3,1 кГц – ширина спектра сигнала (ПЧ канала).
С учетом параметров канала и радиосигнала
n kТ
Ршт Рк ш 0 Fк Nк 0
Рс вх
tm
Uш
0
Um
0
tф
t
2
( 2)
где nш – коэффиц. шума радиоприемника (см. вариант);
k = 1,38 10-23 дж/град – постоянная Больцмана;
Т0 = 273 + toС, оК – температура среды, toС - реальная;
Рc вх – мощность радиосигнала на входе приемника;
Δtm – девиация временного положения канального импульса.
UИ
tш
0 tш
t
Рис.1. Природа тепловых шумов
Значение входного сигнала Рс вх можно принять равным реальной чувствительности ПРМ (наихудший случай)
f
n
Рс вх Рпор nш kТ f пч 4 4,76lg пч 1,55 10 19 ш , Вт
Fв
0
где Fв 0,5 0 – верхняя частота группового сигнала;
f пч – полоса пропускания тракта приемника на промежуточной частоте.
а дБ 10lg a раз
(3)
0,1 а дБ
а раз 10
( 4)

17.

17
Радиосистемы передачи с ВРК
S(f)
Полоса частот, занимаемая радиосигналом с ЧМ
Радиосигнал
представляет
собой
чередующуюся
последовательность колебаний с частотами f1 и f1
соответствующих канальному импульсу и паузе. Спектр такого
радиосигнала несимметричен (рис. 1).
f1
На рисунке приняты обозначения:
fp
f0 - центральная частота радиосигнала,
fp - разнос между частотами "нажатия" и "отжатия ",
fpс - полоса частот, занимаемая радиосигналом.
f0
f2
f
fpc
Рис.1. Спектр сигнала с ФИМ-ЧМ
Во избежание взаимных помех в ПЧ приема
Δf р 1/τ0 1/Tп
( 1)
Полоса частот, занимаемая радиосигналом, определяется соотношением:
f рс 2 f д 1 0 1 п 2 0 2 п
где п – длительность паузы канального импульса,
п = Тк – 2 tm –длительность паузы импульсного потока;
fд – девиация частоты радиосигнала.
Например, при = 0,5 мкс и Тп = 1,7 мкс
fpc 5 МГц.
( 2)

18.

18
Радиосистемы передачи с ВРК
Мк. системы радиосвязи с ВРК и ЧМ выполняет следующие функции (задачи):
1. Формирование группового сигнала (1 этап модуляции).
2. Формирование, модуляции по частоте (2 этап модуляции) несущего колебания
передатчика, его усиление по мощности и передача в антенну.
3. Прием, усиление ВЧ-сигнала корреспондента и его демодуляция (1 этап ДМ).
4. Разделение группового сигнала на канальные и перенос спектров канальных сигналов в
область тональных частот (второй этап демодуляции).
Достоинства РРЛ с ВРК-ЧМ:
-возможность регенерации передаваемых фазомодулируемых импульсов на РП,
-возможность комплексирования функций связи и автоматизированного управления
Недостатки РРЛ с ВРК-ЧМ:
-расширяется полоса используемых частот;
-потеря информации, содержащейся а значении амплитуды;
Формирования ГС в СП ФИМ и ВРК
Среди известных импульсных модуляций первичного сигнала (амплитудная АИМ,
частотная ЧИМ, широтная ШИМ и фазовая ФИМ) нашла фазоимпульсная модуляция.
Поэтому РР СП с ВРК, которые использую ФИМ, называют ФИМ-ЧМ.
Рассмотрим преобразование в РР СП с ФИМ-ЧМ. Он представлены на рис. 2.
u чм (t)
U и (t)
f1
U(t)
U и (t)
U' (t)
t
t
t
Фазоимпульсный
модулятор
ТИ
Частотный
модулятор
fД
t
f2
Радиоствол
Частотный
демодулятор
t
Фазоимпульсный
демодулятор
ТИ
fД
U и (t)
U и (t)
t
t

19.

19
Радиосистемы передачи с ВРК
Демодуляция сигнала с ФИМ осуществляется через преобразование его в сигнал с ШИМ, а
затем с помощью ФНЧ производится выделение полезного сигнала.
Устройство ДМ - на рис. 1. Пояснение работы на рис. 2. Импульсная последовательность с
f=8кГц устанавливает триггер в «1» состояние. Послед-ть ФИМ осуществляет сброс триггера.
UШИМ t
UВых t
Триггер
UФИМ t
(сброс)
t
ИЦ
(ФНЧ)
UФИМ t
UШИМ t
t
UВых t
t
t
Рис. 1. Демодуляция сигнала с ФИМ
ε τ 0 /T- скважность
U0m τε
F
~ 2U 0ε
ШИМ
...
Рис. 2. Эпюры к рисунку 1
Модуляционный узел 1
Модуляционный узел 1
Модуляционный узел 2
Модуляционный узел 2
...
ФИМ
2U 0 πFΔt m ε
F
Модуляционный узел N
Модуляционный узел N
~ 2U 0ε
tm - временная девиация
...
mτ
F
Fи
индекс
модуляции
Δt m /τ 0
...
F
...
UИ t FИ 8 кГц
ТИ - установка
U И t
F
...
Fи
Рис. 3. Спектры сигналов с ШИМ и ФИМ
Распределительное
устройство
Распределительное
устройство
F
Рис. 4. Принцип ВРК в РРЛ с ФИМ-ЧМ

20.

20
Радиосистемы передачи с ВРК
1.Сигнал ФИМ формируется в два этапа (рис. 1): - из аналогового сигнала необходимо
получить сигнал ШИМ; - из сигнала ШИМ – ФИМ.
Процесс преобразования аналогового
сигнала в сигнал с широтно-импульсной
модуляцией показан на рис.2.
U Вх t
t
t
2
U ШИМ t
t
,
U ШИМ t
1
t
t
U ФИМ t
t
tm
0
U Вх t
t
t
Фаза соответствующая нулевому значению
Рис. 1. Процессы формирования ФИМ
Рис. 2 Двухсторонняя ШИМ
Сигнал с ФИМ формируется с помощью простого устройства, схема которого приведена на рис. 5.
Работа устройства поясняется эпюрами, приведенными на рис. 6.
UШИМ t
FИ 8 кГц
U Вх t
UП t
ТИ
U t
UФИМ t
Триггер
UИ t
ДЦ
АО
Напр.пилы
FП 12 кГц
U И t
t
U t
U ПОР
UШИМ t
t
UФИМ t
t
t
Рис. 3. Устройство формирования сигнала с ФИМ
Рис. 4. Эпюры к рисунку 3

21.

Радиосистемы передачи с ВРК
21
Лекция 7. Когерентная обработка сигналов в цифровых
системах многоканальной радиосвязи
1. Принципы ортогонального формирования ГС в цифровых МкСП