Розрахунок радіоприймального пристрою цифрової системи передачі інформації (стр. 1 из 3)

ПЕРЕЛІК УМОВНИХ СКОРОЧЕНЬ

ЕРС – електрорушійна сила

ПЗЧ – підсилювач звукової частоти

ППЧ – підсилювач проміжної частоти

ПСЧ (ПВЧ) – підсилювач сигнальної (високої) частоти

ФНЧ – фільтр нижніх частот

ФВЧ – фільтр верхніх частот

ФМ – фазова маніпуляція

АМ – амплітудна маніпуляція

ЧМ – частотна маніпуляція

ВК – вхідне коло

ЗМ – змішувач

Г – гетеродин

АЦП – аналого-цифровий перетворювач

ШПФ – швидке перетворення Фур’є

ВСШ – відношення сигнал/шум

ЦСПІ – цифрова система передачі інформації

СФ – смуговий фільтр

ПАХ – поверхневі акустичні хвилі

АЧХ – амплітудно-частотна характеристика

СЧ – синтезатор частоти

ЦСП – цифровий сигнальний процесор

ВСТУП

Радіоприймальним пристроєм (радіоприймачем) називається пристрій, на вхід якого з антени подається високочастотний сигнал, модульований за певним законом, а на виході – кінцевий пристрій, на якому присутня напруга, що змінюється за законом модуляції. Радіоприймачі можна класифікувати за різними ознаками, наприклад за діапазоном частот, за характером модуляції сигналу, що приймається, за видом підсилювальних елементів, що використовуються і т.д. Найбільше поширення отримала класифікація за призначенням: професійні приймачі зв’язку, приймачі радіомовлення, телевізійні, радіо- та гідролокаційні, систем управління, радіометри.

За типом схеми розрізняють приймачі детекторні, прямого підсилення (без регенерації та з регенерацією), надгенеративні і супергетеродинні приймачі, які володіють суттєвими перевагами перед приймачами інших типів і широко застосовуються на всіх діапазонах частот.

Конструктивно приймачі виконуються з окремих (навісних) активних і пасивних елементів з печатним або об’ємним монтажем або з готових інтегральних мікросхем, що представляють собою каскади, вузли приймачів і навіть цілі приймачі.

Найбільш перспективним і високоякісним способом передачі інформації є передача інформаційних повідомлень в цифровій формі. Останніми роками безперервно зростає необхідність в ЦСПІ, таких як системи супутникового і мобільного зв’язку, цифрового радіомовлення і телебачення і т.д.

1. Обґрунтування вимог до радіоприймального пристрою цифрової системи передачі інформації

Початкові дані до розрахунку

Вид модуляції: двійкова фазова маніпуляція;

Різниця фаз: Δφ=1360;

Несуча частота: 1690…1710 МГц

Проміжна частота: 700 МГц

Швидкість передачі інформації: 1330,8 Кбіт/с

Період повторень сигналів: 750 нс

Ймовірність помилки символу коду: 10-6.

1.1 Розрахунок смуги пропускання приймача

Смуга пропускання – інтервал частот, в межах якого при даній настройці приймача частотні викривлення не перевищують заданого рівня. Смуги пропускання залежать від типу приймача і виду сигналів, що приймаються, і можуть приймати значення від декількох десятків герц для телеграфних приймачів до десятків мегагерц у радіолокаційних і телевізійних приймачах.

Смугу пропускання для фазової маніпуляції можна знайти за формулою [2]

(МГц) (1.1.1)

(1.1.2)

де В – швидкість передачі в бодах (повідомлень за секунду)

1.2 Розрахунок мінімального відношення сигнал/шум на вході приймача

Для розрахунку мінімального відношення сигнал/шум скористаємось формулою [6]

(1.2.1),

де Pпом – ймовірність прийняття помилкового символу, Ф – табличне значення функції Лапласа, q2– відношення сигнал/шум на вході приймача, r(s1, s0) – коефіцієнт кореляції

З цієї формули виразимо значення функції Лапласа:

З табличних даних значень функції Лапласа знаходимо значення виразу під функцією Ларласа:

За умовами проектування приймається фазоманіпульований сигнал із різницею фаз у 1360. Переведемо дану величину в радіани:

Для подальшого розрахунку, враховуючи принципи побудови пристроїв даного типу, введемо потужність джерела живлення Рс=4,5 Вт.

І з наступного виразу знайдемо енергію сигналу [6]

(1.2.2),

де Е – енергія сигналу, Рс – потужність сигналу, Т – період коливань

Розрахуємо коефіцієнт кореляції для заданих умов передачі за формулою [6]

(1.2.3),

де r(s1, s0) – коефіцієнт кореляції, Е – енергія сигналу, s1, s0 – відповідні значення двійкових символів (0 та 1), що передаються. Їх можна знайти за виразом [6]

(1.2.4)

Підставивши отримані величини у формулу для знаходження коефіцієнта кореляції знайдемо його значення:

Тепер, скориставшись попередніми розрахунками, можна знайти мінімальне відношення сигнал/шум на вході приймача:

1.3 Розрахунок спектральної щільності потужності внутрішніх шумів

Скористаємось попередніми розрахунками та заданим значенням потужності сигналу, що передається знайдемо спектральну щільність потужності внутрішніх щумів [6]

(1.3.1)

1.4 Розрахунок шумової смуги пропускання

Шумову смугу пропускання можна знайти із співвідношення [2]

(1.4.1),

де N0 – спектральна щільність потужності внутрішніх шумів, k – стала Больцмана, Т0 – кімнатна температура, Пш – шумова смуга пропускання

З формули (1.4.1) виразимо і знайдемо Пш:

1.5 Розрахунок чутливості приймача

Чутливістю приймача називається його можливість приймати слабкі сигнали. Кількісно чутливість визначається мінімальним рівнем сигналу, що приймається, при якому передана інформація відтворюється із задовільною якістю. Чутливість приймача з невеликим підсиленням, на виході якого шуми практично відсутні, визначається ЕРС (або номінальною потужністю) сигналу в антені (або її еквіваленті), при якій забезпечується задана напруга (потужність) сигналу на виході приймача. Якщо чутливість обмежується внутрішніми шумами приймача, то її можна оцінити реальною або обмеженою чутливістю, коефіцієнтом шуму або шумовою температурою.

Визначимо чутливість приймача у вольтах із співвідношення [1]

(1.5.1),

де EA – чутливість приймача в вольтах, k – стала Больцмана, T0 – кімнатна температура, RA – опір антени, N0 – спектральна щільність потужності внутрішніх шумів, q2 – відношення сигнал/шум, ΔF – ширина спектра сигналу

(В)

1.6 Розрахунок бази сигналу

База сигналу дорівнює добутку ширини спектра сигналу на його тривалість і визначається [9]

(1.6.1),

де B – база сигналу.

2. Аналіз відомих технічних рішень побудови радіоприймального пристрою цифрової системи передачі інформації

Структурна схема приймача в значній мірі визначається його призначенням, і видом модуляції сигналу. В структурному відношенні всі існуючі приймачі можна розділити на наступні види: детекторні приймачі без ПЗЧ та з УЗЧ; приймачі прямого підсилення; надрегенеративні приймачі з однократним або подвійним перетворенням частоти, а також приймачі типу інфрадин.

Найпростіший детекторний приймач складається з приймальної антени, що є невід’ємною частиною будь-якого приймача, вхідного пристрою, детектора і відтворюючого пристрою. Приймач такого типу зображений на рисунку 2.1. Але через погані характеристики такі приймачі в наш час не застосовуються.

Параметри приймача значно покращуються, якщо після детектора включити ПЗЧ або відеопідсилювач (рисунок 2.2). Приймач прямого підсилення відрізняється від попередніх наявністю підсилювача на частоті сигналу. Такий підсилювач значно підвищує чутливість і селективність приймача. Якщо в підсилювальному каскаді ввести позитивний зворотний зв’язок і зробити його значним, що додаткова напруга суперизації періодично буде приводити каскад в автоколивальний режим, отримаємо надгенератор, який володіє достатньо великою чутливістю, але недостатньою стабільністю. Схема даного приймача приведена на рисунку 2.3.

У більш сучасній схемі супергетеродинного приймача за допомогою додаткового місцевого гетеродину в перетворювачі відбувається зміщення спектра сигналу в діапазон нових проміжних частот. Це перетворення повинно бути лінійним, тобто не повинно супроводжуватися викривленнями огинаючої високочастотного сигналу. При такій умові результат детектування підсиленого в ППЧ сигналу буде таким же, як і результат детектування напруги з виходу підсилювача високої частоти в приймачі прямого підсилення. Супергетеродин володіє високою чутливістю і селективністю, оскільки підсилення відбувається ще й на проміжній частоті.

Для підвищення чутливості і селективності приймача застосовуються подвійні або навіть потрійні перетворення частоти.

Інколи в радіостанція пересувного зв’язку при безпошуковому настроюванні застосовуються супергетеродинні приймачі типу інфрадин. В таких приймачах не потрібен перенастроюваний преселектор (перенастроюється лише гетеродин) – в цьому їх основна перевага. Замість перенастроюваного преселектора застосовуються комбінації фільтрів верхніх (ФВЧ) і нижніх (ФНЧ) частот або широкосмугові фільтри зосередженої селекції, що включаються в схемі до перетворювача. Оскільки вхідні каскади такого приймача широкосмугові, виникає небезпека перевантаження їх активних елементів зовнішніми шумами і перешкодами – в цьому основний недолік приймачів даного типу. Перевантаження можна послабити, використовуючи в підсилювачах сигнальної і проміжної частоти каскади з великим динамічним діапазоном.