Цифровая радиолиния КИМ-ФМ-ФМ (стр. 1 из 3)
МО РФ
РГРТА
Кафедра РУС
Курсовой проект на тему:
"Цифровая радиолиния КИМ-ФМ-ФМ"
Рязань 2004 г.
Содержание
1. Общая характеристика системы управления
2. Расчет и выбор основных технических характеристик системы
2.1 Определение частоты дискретизации
2.2 Определение разрядности квантования
2.3 Выбор несущей частоты передатчика
2.4 Структура группового сигнала, спектр сигнала
3. Расчет энергетического потенциала радиолинии
4. Принцип работы передатчика
5. Принцип работы приёмника
6. Контур управления
7. Заключение
8. Список литературы
1. Общая характеристика системы управления
Под управлением в самом общем случае понимается осуществление совокупности воздействий, выбранных из множества возможных на основании определенной информации и направленных на поддержание или улучшение функционирования некоторого объекта в соответствии с заданной целью.
Контролем называется получение и обработка информации о состоянии объекта и внешних условиях с целью обнаружения событий, определяющих управляющие воздействия, которые должны быть оказаны на объект. Обработка информации при контроле заключается в сравнении с установками одного или нескольких параметров, характеризующих состояние объекта, формировании и выдаче заключения о результате.
Под командным радиоуправлением понимается такое радиоуправление при котором команды формируются на пункте управления, на борт они передаются по специальной радиолинии. В состав командной радиолинии входят система выработки команд, система приема команд на борту и среда распространения. Основными требованиями к КРЛ:
- высокая помехозащищенность
- криптостойкость
- имитостойкость
На борт летательного аппарата передается несколько команд, поэтому радиолиния является многоканальной.
В процессе управления на борт ракеты, по командной радиолинии, передаются множество различных команд, чтобы осуществить передачу по командной радиолинии нескольких независимых команд одновременно, необходимо сделать ее многоканальной.
Также как и в других многоканальных системах, в командной радиолинии для передачи каждого независимого сообщения выделяется отдельный канал. Разделения каналов между собой производится по временному, частотному или кодовому признакам. При этом в каждом канале формируется свое вспомогательное поднесущее колебание импульсное при временном или кодовом разделении каналов и непрерывное при разделении каналов по частоте.
При создании современных систем передачи используются как сложные сигналы (ШПС), так и сигналы с многоступенчатой модуляцией. На первой ступени используется, как правило, кодово-импульсная модуляция (КИМ), а на последующих – амплитудная модуляция (АМ), частотная (ЧМ), фазовая (ФМ). Наиболее часто встречаются сочетания КИМ-ЧМн-ФМ, КИМ-ЧМ-АМ, КИМ-АМ-ФМ, КИМ-ФМ-ФМ.
В данной работе разрабатывалась космическая система связи с КИМ-ФМ-ФМ. Характер спектра сигнала с многоступенчатой модуляцией в значительной степени определяется спектром сигнала КИМ. Кодово-импульсная модуляция является наиболее распространенным методом цифрового преобразования аналоговых сигналов. При КИМ осуществляется три вида преобразований : дискретизация по времени исходного сигнала, квантование амплитуд дискретных отсчетов сигнала и кодирование. Сформированные при дискретизации отсчеты преобразуются в группы кодовых символов. При формировании сигнала с трехступенчатой модуляцией сигналом КИМ манипулируется по фазе поднесущее колебание, которым в свою очередь по фазе, моделируется несущее колебание.
2. Расчёт и выбор основных технических характеристик системы
2.1 Определение частоты дискретизации
радиолиния дискретизация квантование сигнал приемник
Под дискретизацией понимается процесс представления непрерывного сообщения U(t), заданного на интервале (0,Tc), совокупностью его значений (отсчетов) U(ti) в дискретные моменты (моменты дискретизации). При равномерной дискретизации отсчеты формируются через равные промежутки времени Тд - интервалы дискретизации. Величина, обратная интервалу, Fд=1/Тд называется частотой дискретизации.
Условия, при которых аналоговый сигнал с ограниченным спектром может быть точно представлен своими отсчетами в дискретные моменты, вытекают из широко известной теоремы В. А. Котельникова, которая для равномерной дискретизации выражается формулой:
U(t)= å U(iT) sin 2pf(t-iT)/2pf(t-iT).
i
При этом условии аналоговый сигнал U(t) может быть восстановлен без искажений на выходе идеального фильтра низких частот, на вход которого подают отсчеты сигнала.
Опросом по Котельникову называют формирование выборок с частотой Fд=2Fm, где Fm-максимальная частота в спектре.
Применение простых способов интерполяции требует выбора более высокой частоты дискретизации, чем из теоремы Котельникова. Будем считать, что у нас линейная интерполяция, тогда из результатов теории интерполяции, можно показать, что
∆≈1.35√0∆
∆=0.5F
из задания Fв=4Гц, δ0=0,015,следовательно
∆Тпр=1/8=0,125Гц
∆Тл=1,35*√0,015*0,125=0,02с
Fд=1/0,02=50Гц
2.2 Определение разрядности квантователя
Разрядность квантователя выбирается такой, чтобы достигалось заданное отношение с/ш.
По заданию отношение с/ш q=50дБ.
Отношение с/ш и разрядность информационного слова связаны в соответствии с [2] соотношением:
q=3*N2кв/К2пф=3*22r/ К2пф
где Кпф –пикфактор сигнала. Будем считать, что квантуемый сигнал распределён равномерно тогда
Тогда для двоичной системы счисления:
q(дБ)=10lg22r≈6r
Откуда,
,Число уровней квантования B=2r=29=512.
2.3 Выбор несущей частоты передатчика
Для связи с аппаратом, летящим на небольших высотах, используется сантиметровый диапазон длин волн. Для удобства расчёта выберем l=10 см. Рабочая частота при этом равна:
2.4 Структура группового сигнала, спектр сигнала
В наше время очень остро стоит вопрос об увеличении пропускной способности канала связи. Это достигается путём многоканальной передачи, и чтобы все каналы передать по одной линии связи используются различные методы разделения каналов. Наиболее простой метод разделения каналов это метод частотного разделения- FDMA(Frequency Division Multiple Access - множественный доступ с частотным разделением каналов). Метод доступа к сети, при котором каждому каналу ставилась в соответствие определенная частота для передачи и еще одна - для приема. Т.е. в приёмнике свой сигнал выделялся из смеси сигналов частотным фильтром, а модуляция несущей осуществлялась аналоговым или цифровым сигналом по частоте.
Развитие цифровой обработки сигнала предопределило появление второго поколения систем связи. Это - TDMA. TDMA - Time Division Multiple Access (множественный доступ с временным разделением каналов) - протокол, в котором цифровой поток разбивается на пакеты и каждый пакет передается с постоянным периодом в определенном временном окне. Основное достоинство таких сетей - большая помехоустойчивость по сравнению с FDMA-системами, хотя такое сравнение не совсем уместно для систем с аналоговой и цифровой передачей. США также не отставали от Европы и в 1990 г. создали свой стандарт D-AMPS (Digital Advanced Mobile Phone Service). В Японии в 1991 г. появился схожий стандарт JDC (Japanese Digital Cellular).
С появлением цифровых систем связи американская фирма Qualcomm начала разработку принципиально нового стандарта с кодовым разделением каналов (CDMA - Code Division Multiple Access). В отечественных трудах этот метод называется также уплотнение каналов по форме или широкополосная передача с помощью ШПС. Широкополосной эта система называется потому, что полоса частот излучаемого антенной сигнала значительно выше той минимальной полосы частот, необходимой для классических методов модуляции. Например, сигнал с амплитудной модуляцией (АМ) занимает полосу в два раза большую, чем полоса модулирующего сигнала; полоса частот сигнала с одной боковой полосой (ОБП) равна полосе информационного сигнала. Т.е. с первого взгляда кажется нецелесообразным проектировать такого рода систему, где промодулированный сигнал, скажем, занимает полосу частот в 1000 раз больше, чем исходный модулирующий. Однако это предположение в корне ошибочно как минимум по трем причинам. Во-первых, широкополосные сигналы, образованные с помощью различных ШПС, могут иметь одну и ту же среднюю частоту, т.е. передаваться в одной и той же полосе. Например, если информационный сигнал занимает полосу частот 0…10 кГц, то ΔF=10 кГц. При соответствующей модуляции ШПС этим сигналом полоса сигнала на выходе становится равной 1000П или 10000 кГц. Теоретически при подборе "хороших" ШПС количество таких сигналов, передаваемых в общей полосе частот, можно сравнять с количеством тех же АМ сигналов, которые без взаимных помех размещаются в той же полосе. Т.е. в нашем примере для АМ сигнала требуется полоса 2ΔF=20 кГц и при самой "плотной" упаковке в полосе 10 МГц можно расположить 500 каналов.
Вторая причина, по которой применение ШПС очень выгодна, - это высокая устойчивость к воздействию как широкополосных, так и узкополосных помех, что весьма актуально в условиях напряженной электромагнитной обстановки в пределах большого города. Третья причина - высокая энергетическая скрытность систем с ШПС и, как следствие, высокая конфиденциальность передаваемых данных. Суть сказанного состоит в том, что широкополосный сигнал не только трудно раскодировать - его трудно просто обнаружить, т.е. выявить сам факт работы абонентской станции.