Особенности построения радиопередающих устройств, формирующих фазокодоманипулированные сигналы

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

 

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Юго - западный государственный университет»

 

 

Кафедра Телекоммуникации

 

 

КУРСОВАЯ РАБОТА

 

по дисциплине «Устройства генерирования и формирования сигналов »

                                                                       (наименование учебной дисциплины)

на тему «Особенности построения радиопередающих устройств, формирующих фазокодоманипулированные сигналы»

Автор работы                   Маклаков Е. С.                   ______________________

                                                           (инициалы, фамилия)                                             (подпись, дата)

 

Специальность (направление  подготовки)    Средства связи с подвижными                  

                                                                                                                        (код, наименование)

объектами, 210406

 

Группа ТК-91

Руководитель работы      Матвеенко В. В.             ______________________

                               (инициалы, фамилия)                                    (подпись, дата) 

 

Работа защищена __________________ 

                                                                 (дата)

Оценка______________

 

 

Председатель комиссии ________________________  ____________________

                                                                                      (подпись, дата)                            (инициалы, фамилия)

 

 

Члены комиссии ________________________  __________________________

                                                                     (подпись, дата)                                           (инициалы, фамилия)

 

                              ________________________  __________________________

                                                                     (подпись, дата)                (инициалы, фамилия)

 

                              ________________________   __________________________

                                                                     (подпись, дата)                 (инициалы, фамилия)

 

 

 

 

 

Курск, 2012 г.

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

 

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Юго - западный государственный университет»

 

Кафедра Телекоммуникации

 

ЗАДАНИЕ НА КУРСОВУЮ РАБОТУ (ПРОЕКТ)

 

Студент    Маклаков Е. С.              шифр 399007                      группа ТК-91

                         (фамилия, инициалы)

1.Тема: «Особенности построения радиопередающих устройств, формирующих фазокодоманипулированные сигналы»_______________________________________________

__________________________________________________________________

2. Срок представления  работы (проекта) к защите «__» _________  2012 г.

3. Исходные данные (для проектирования, для научного исследования):

__________________________________________________________________

__________________________________________________________________

__________________________________________________________________

4. Содержание пояснительной  записки курсовой работы (проекта):

4.1.

4.2.

4.3.

4.4.

4.5.

4.6.

4.7___________________________________________________________

4.8_______________________________________________________________

4.9_______________________________________________________________

5. Перечень графического  материала (если предусмотрено заданием):  

__________________________________________________________________

__________________________________________________________________

__________________________________________________________________

 

Руководитель работы (проекта) _____________                     Матвеенко В. В.                                                                        (подпись, дата)      (инициалы, фамилия)

Задание принял к исполнению ____________________________

(подпись, дата)

 

 

 

Содержание

 

Введение………………………………………………………………………….4

1. Виды радиосигналов  применяемых в радиосвязи…………………….…..5

1.1 Аналоговые, дискретные и цифровые сигналы…………………....5

2. Простые и сложные сигналы, база сигнала……………………...9

2 Основные параметры простых сигналов……………………………….…..11

3 Фазокодоманипулированные сигналы……………………………………..12

3.1Временные и спектральные характеристики фазоманипулированных сигналов……………………………………………………………………….…13

3.2 Временные характеристики  сигналов с относительной фазовой  манипуляцией…………………………………………………………………..17

4 Помехоустойчивость ФМ сигналов……………………………………….23

5 Формирование сложных  сигналов…………………………………………25

Заключение…………………………………………………………………….30

Список используемой литературы…………………………………………..31

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

 На сегодняшний день, вопрос передачи сигналов по  линиям радиосвязи очень актуален. В связи с развитием технологий, стало необходимым увеличение  скорости передачи информации, но  при этом нельзя забывать и  о помехоустойчивости систем. Одной  из реализаций таких сигналов  является фазовая манипуляция,  применяемая в дискретных системах  связи. 

В настоящее время разработано  несколько вариантов двухпозиционной (бинарной) и многопозиционной фазовой  манипуляции. В радиосистемах передачи информации наиболее часто применяются  двоичная, четырех позиционная и  восьми позиционная фазовая манипуляция (ФМн). Данные сигналы обеспечивают высокую скорость передачи, применяются в радиосвязи, в системах фазовой телеграфии, при формировании сложных сигналов.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Виды радиосигналов применяемых в радиосвязи

 

1.1 Аналоговые, дискретные и цифровые сигналы

 

   Одной из тенденций развития современных систем связи является широкое применение в них дискретно-аналоговой и цифровой обработки сигналов. Аналоговый сигнал Z’(t), первоначально используемый в радиотехнике, может быть представлен в виде непрерывного графика (Рисунок - 1а). К аналоговым сигналам относят АМ-, ЧМ-, ФМ-сигналы, сигналы телеметрического датчика и др. Устройства, в которых обрабатываются аналоговые сигналы, называются устройствами аналоговой обработки. К таким устройствам относятся преобразователи частоты, различные усилители, фильтры LC и др.

Рисунок 1 – 

 

Оптимальный приём аналоговых сигналов, как правило, предусматривает алгоритм оптимальной линейной фильтрации, которая  актуальна особенно при использовании  сложных шумоподобных сигналов. Однако именно в этом случае построение согласованного фильтра представляет большую сложность. При использовании согласованных фильтров на основе многоотводных линий задержки (магнитострикционных, кварцевых и др.) получаются большие затухания, габариты и нестабильность задержки. Перспективны фильтры на поверхностных акустических волнах (ПАВ), но малые длительности обрабатываемых в них сигналов и сложность перестройки параметров фильтров ограничивают область их применения.

На смену аналоговым РЭС в 40-х  годах пришли устройства дискретной обработки аналоговых входных процессов. Эти устройства обеспечивают дискретно-аналоговую обработку (ДАО) сигналов и обладают большими возможностями. Здесь применяется  сигнал дискретный по времени, непрерывный  по состояниям. Такой сигнал Z’(kT) представляет собой последовательность импульсов с амплитудами, равными значениям аналогового сигнала Z’(t) в дискретные моменты времени t=kT, где  k=0,1,2,… - целые числа (рис. 1б). Переход от непрерывного сигнала Z’(t) к последовательности импульсов Z’(kT) называется дискретизацией по времени.

Дискретизацию аналогового сигнала  по времени может выполнить каскад совпадения «И» (рис. 2), на входе которого действует аналоговый сигнал Z’(t). Управляется каскад совпадения тактовым напряжением UT(t) – короткими импульсами длительностью tи, следующими с интервалами T>>tи.

    Интервал дискретизации Т выбирается в соответствии с теоремой Котельникова T=1/2Fmax, где Fmax – максимальная частота в спектре аналогового сигнала. Частоту fд = 1/Т называют частотой дискретизации, а совокупность значений сигнала при 0, Т, 2Т,… - сигналом с амплитудо-импульсной  модуляцией (АИМ).

 

 

 

 

 

Рисунок 2 - Каскад совпадения «И»

До конца 50-х годов сигналы  АИМ применялись только при преобразовании речевых сигналов. Для передачи по каналу радиорелейной связи АИМ сигнал преобразовывают в сигнал с фазоимпульсной модуляцией (ФИМ). При этом амплитуда импульсов постоянная, а информация о речевом сообщении содержится в отклонении (фазе) Dt импульса относительно некоторого среднего положения. Используя короткие импульсы одного сигнала, и, размещая между ними импульсы других сигналов, получают многоканальную связь (но не более 60 каналов).

В начале 70-х годов на сетях связи  различных стран и СССР стали  появляться системы с импульсно-кодовой  модуляцией (ИКМ), где применяются сигналы в цифровой форме.

   Процесс ИКМ представляет  собой преобразование аналогового  сигнала в цифры, состоит из  трёх операций: дискретизация по  времени через интервалы Т (рис.1,б), квантование по уровню (рис. 1,в) и кодирования (рис. 1,д). Операция дискретизации по времени рассмотрена выше. Операция квантования по уровню заключается в том, что последовательность импульсов  амплитуды которых соответствуют значениям аналогового сигнала в дискретные моменты времени, заменяется последовательностью импульсов амплитуды которых могут принимать только ограниченное число фиксированных значений. Эта операция приводит к ошибке квантования (рис. 1,г).

                                      .                                (1)

   Сигнал Z_КВ’(kT) является дискретным сигналом как по времени, так и по состояниям. Возможные значения u₀, u₁,…,u_N-1 сигнала Z’(kT) на приёмной стороне известны, поэтому передают не значения u_k, которое сигнал принял на интервале Т, а только его номер уровня k. На приёмной стороне по принятому номеру k восстанавливают значение u_k. В этом случае передаче подлежат последовательности чисел в двоичной системе счисления – кодовые слова.

   Процесс кодирования заключается  в преобразовании квантованного  сигнала Z’(kT) в последовательность кодовых слов . На рис. 1,д изображены кодовые слова в виде последовательности двоичных кодовых комбинаций при использовании трёх разрядов.

   Рассмотренные операции  ИКМ применяются в РПУ с  ЦОС, при этом ИКМ необходима не только для аналоговых сигналов, но и для цифровых.

Примерами цифровых схем являются логические элементы, регистры, триггеры, счетчики, запоминающие устройства и др. По количеству узлов  на ИС и БИС, РПУ с ЦОС делят  на две группы:

   1. Аналого-цифровые РПУ, которые  имеют реализованные на ИС  отдельные узлы: синтезатор частоты,  фильтры, демодулятор, АРУ и  др.

  .2.  Цифровые радиоприёмные  устройства (ЦРПУ), в которых сигнал  обрабатывается после аналого-цифрового  преобразователя (АЦП).   

                                                                                                 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 4 – Элементы основного  информационного какнала

 

На рисунке 3 показаны элементы основного (информационного канала) ЦРПУ. Аналоговая часть приёмного тракта (АЧПТ), АЦП (состоящий из дискретизатора, квантователя и кодера), цифровая часть приёмного тракта (ЦЧПТ), цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП) и фильтр нижних частот (ФНЧ). Двойные линии обозначают передачу цифровых сигналов (кодов), а одинарные – аналоговых и АИМ сигналов.

    АЧПТ производит предварительную  частотную избирательность, значительное  усиление и преобразование сигнала  Z’(T) по частоте. АЦП преобразует аналоговый сигнал Z’(T) в цифровой x(kT) (рис. 1,д).

   В ЦЧПТ как правило производится дополнительное преобразование по частоте, избирательность (в цифровом фильтре – основной избирательности) и цифровая демодуляция аналоговых и дискретных сообщений (частотной, относительной фазовой и амплитудной телеграфии). На выходе ЦЧПТ получаем цифровой сигнал y(kT) (рис. 1,е). Этот сигнал, обработанный по заданному алгоритму, с выхода ЦЧПТ поступает в ЦАП или в запоминающее устройство ЭВМ (при приёме данных).

   В последовательно включённых  ЦАП и ФНЧ, цифровой сигнал  y(kT) преобразуется вначале в непрерывный по времени и дискретный по состояниям сигнал y(t), а затем в y_Ф(t), который непрерывный по времени и по состояниям (рис. 1,ж, з).

   Из многих методов  цифровой обработки сигналов  в ЦРПУ важнейшими являются  цифровая фильтрация и демодуляция.

 

1.2Простые и сложные сигналы, база сигнала

 

    Характеристики (параметры) систем связи улучшались по мере освоения видов сигналов и их способов приема, обработки (разделения). Каждый раз возникала необходимость в грамотном распределении ограниченного частотного ресурса между работающими радиостанциями. Параллельно этому решался вопрос уменьшения полосы излучения сигна-