Методические указан. к КТР по ТОАТ Соколов

Коды с постоянным весом находят применение в системах связи. Используется международный телеграфный семиразрядный код, формируемый

по закону сочетания С73:

Все буквы и цифры будут представляться избыточными семиразрядными сообщениями с тремя единицами.

В современных системах ДЦ–Юг с РКП используется код БЧХ с кодовым расстоянием d=6. Код с постоянным весом используется в системе ДЦ-НЕВА.

Разработка структурных и функциональных электрических схем модулятора и демодулятора для заданных видов манипуляций двоичных радиосигналов (АМн, ЧМн, ФМн, ОФМн)

Выполняются третий и четвертый пункты задания на контрольную работу (приложение А). Рассмотрим кратко теоретические сведения и методические рекомендации по выполнению пункта 3.

3 Способы манипуляции радиосигналов, временные диаграммы сигналов при заданном виде манипуляции для команд ТУ, схемы модулятора

В соответствии с заданием каждому студенту выдаются радиосигналы с одним из следующих видов манипуляции: АМн, ЧМн, ФМн, ОФМн.

3.1Двоичные радиосигналы, используемые в системах телемеханики

Всистемах телемеханики используются дискретные (двоичные в частности) радиосигналы и реже используются двоичные видеосигналы.

Применение двоичных радиосигналов в системах ТМ объясняется тем, что системы ТУ-ТС являются многоканальными и технически реализовать их проще при использовании радиосигналов.

Двоичные радиосигналы образуются за счет модуляции.

Модуляция – процесс образования сигналов за счет изменения одного или нескольких параметров несущего колебания (переносчиков) по закону следования двоичных символов в передаваемом сообщении.

На рисунке 3.1 представлены временные диаграммы передаваемого двоичного сообщения υi (t), переносчиков сообщений U1(t) и U2(t) и двоичных радиосигналов с различными способами дискретной модуляции (манипуляции).

Модуляция называется дискретной, если модулируемый (изменяемый) параметр принимает только дискретные (двоичные) значения .

Рис. 3.1. Способы модуляции двоичных радиосигналов

3.2 Двоичные радиосигналы с амплитудной манипуляцией

Сигналы с амплитудной манипуляцией SАМн(t) образуются по следующему закону: символ “1” передается радиоимпульсом с заданной длительностью

tри , с амплитудой Um , частотой f1 , символ “0” передается паузой (рис. 3.1).

Полоса частот, занимаемая радиоимпульсом в сигнале с АМн, определяется формулой

Δfри ≈ 2/tри .

Спектр амплитуд сигнала с АМн имеет вид ( рис. 3.2)

SАМн (f)

f

fн1

Δfри

Рис. 3.2 Частотный спектр амплитуд радиосигнала с АМн

Спектр содержит главный лепесток и боковые лепестки.

Главный лепесток определяет практическую ширину спектра сигнала, т.к. в главном лепестке содержится не менее 90% мощности или энергии всего сигнала, в боковых лепестках – 10 или меньше процентов.

Схему модулятора с АМн можно представить в следующем виде

( рис .3.3.).

Рис. 3.3. Структурная схема модулятора радиосигнала с АМн

Модулятор представляет собой аналоговый ключ, который имеет два входа: 1 – управляющий; 2 – аналоговый (сигнальный).

Если с выхода КУ подается символ “1” на управляющий вход ключа, то он открывается и с выхода модулятора будет поступать радиоимпульс с заданными значениями параметров. При подаче на вход ключа символа 0 он закрывается и модулятор формирует паузу.

3.3 Двоичные радиосигналы с частотной манипуляцией (ЧМн)

При частотной манипуляции используются два несущих колебания U1(t) и U2(t), имеющие соответственно частоты f1 и f2.

Манипуляция осуществляется по следующему правилу:

при передаче символа “1” будет формироваться радиоимпульс с заданными значениями длительности tри, амплитуды Um1 и частоты f1 =1/T1;

при передаче символа “0” будет формироваться радиоимпульс с заданными значениями длительности tри, амплитуды Um2 = Um1 и частоты f2 =1/T2.

Этот принцип модуляции можно реализовать схемой модулятора, структурная схема которого представлена на рис. 3.4.

Рис. 3.4. Структурная схема модулятора двоичных радиосигналов с ЧМн

Спектр амплитуд двоичного радиосигнала с частотной манипуляцией изображен на рис. 3.5.

Δfри = 2/ tри – ширина спектра радиоимпульса

Δfразн = fн2 - fн1 – интервал разноса несущих частот;

Δfд = Δfразн/2 – девиация частоты, т.е. отклонение частоты при частотной манипуляции.

Для того, чтобы в демодуляторе приемника осуществить уверенное разделение радиоимпульсов необходимо, чтобы главные лепестки спектра радиоимпульсов взаимно не пересекались или, в крайнем случае, они могут касаться.

Рис. 3.5. Частотный спектр амплитуд радиосигнала с ЧМн

Δfри = 2/ tри – ширина спектра радиоимпульса

Δfразн = fн2 - fн1 – интервал разноса несущих частот;

Δfд = Δfразн/2 – девиация частоты, т.е. отклонение частоты при частотной манипуляции.

Для того, чтобы в демодуляторе приемника осуществить уверенное разделение радиоимпульсов необходимо, чтобы главные лепестки спектра радиоимпульсов взаимно не пересекались или, в крайнем случае, они могут касаться.

Индекс частотной манипуляции определяется по формуле:

β = Δfд/Δfри .

Для уверенного разделения радиоимпульсов в демодуляторе значение индекса частотной манипуляции выбирается в пределах β = 0,5 – 1.

3.4 Двоичные радиосигналы с фазовой манипуляцией (ФМн)

Принцип модуляции состоит в следующем.

При передаче символа “1” начальная фаза передаваемого радиоимпульса будет равна начальной фазе несущего колебания U1(t), т.е. φ1=0о.

При передаче символа “0” начальная фаза передаваемого радиоимпульса будет равна φ2=180˚.

Сигналы с ФМн имеют высокую помехоустойчивость по сравнению с другими радиосигналами.

Структурная электрическая схема модулятора двоичных радиосигналов с ФМн представлена на рис. 3.6.

1 00

2 1800

Рис. 3.6 Структурная схема модулятора двоичных радиосигналов с ФМн

Символ “1”передаётся радиоимпульсом S1 (t) = Umsin(ωt+φ1),

а символ “0” передаётся радиоимпульсом S0 (t) = Umsin(ωt+φ2),

где φ1 = 0˚, φ2 = 180˚.

На рис.6 обозначены :

SM – аналоговый сумматор;

ФСЦ – фазосдвиговая цепь, обепечивающая сдвиг по фазе несущего колебания на 180˚.

Спектр сигналов с ФМн имеет вид:

Рис. 3.7. Частотный спектр радиосигнала с ФМн

Практическая ширина спектра определяется формулой Δfи = 2/τи, где τи – длительность радиоимпульсов.

Сигналы с фазовой манипуляцией имеют один существенный недостаток: в приемнике необходимо иметь генератор опорного гармонического сигнала, фаза которого должна быть равна нулю с началом передачи любого двоичного сообщения. Это требует применения устройства синхронизации, имеющего вы-

сокую точность. Эта задача довольно трудная. Если с началом передачи сообщения фаза опорного колебания φоп будет равна 180˚, то наступает режим обратной работы демодулятора, при котором двоичные символы принимаются в инверсном виде. Этот недостаток устраняется при применении двоичных радиосигналов с относительной фазовой манипуляцией.

3.5Двоичные радиосигналы с относительной фазовой манипуляцией ОФМн

Модуляция осуществляется следующим образом: до начала передачи сообщения в линию связи передается начальный радиоимпульс с фазой φ=0˚ (“пи- лот–сигнал”). При передаче символа “1” фаза двоичного радиоимпульса изменяется скачком на 180˚ по сравнению с фазой предыдущего радиоимпульса. Если передается символ “0”, то фаза данного радиоимпульса остается такой же, как и фаза предыдущего радиоимпульса.

При демодуляции осуществляется перемножение радиоимпульса, принимаемого на данном такте, и радиоимпульса, принятого в предыдущем такте. В этом случае исключается режим обратной работы демодулятора, т.к. опорное колебание отсутствует в приемнике. Структурная электрическая схема демодулятора двоичных радиосигналов с ОФМн представлена на рис.3.8.

1 00

2 1800

Рис. 3.8. Структурная схема модулятора двоичных радиосигналов с ОФМн

Спектр амплитуд сигнала с ОФМн такой же, как и на рис. 3.7.

Функциональные электрические схемы структурных элементов рассмотренных выше модуляторов: фазосдвигающей цепи, аналогового ключа и аналогового сумматора приведены на рисунках 3.9 – 3.11.

Рис. 3.9. Схема фазосдвигающей цепи на 180°

Рис. 3.10. Схема аналогового ключа

Рис. 3.11. Схема аналогового сумматора

Рассмотрим кратко теоретические сведения и методические рекомендации по выполнению пункта 4 задания на КП.

4 Способы демодуляции радиосигналов, временные дианраммы сигналов при заданном виде демодуляции, схема демодулятора

Каждый студент выполняет свой вариант заданного типа радиосигналов.

4.1 Общие сведения о методах приема двоичных радиосигналов

При приеме двоичных радиосигналов приемное устройство решает три основных задачи:

1)обнаружение сигналов на фоне помех;

2)различие сигналов;

3)восстановление сообщений.

Введем следующие обозначения:

ξ(t) – помеха;

S1*(t) = S1(t) + ξ(t) –смесь сигнала S1(t) с помехой; S0*(t) = S0(t) + ξ(t) –смесь сигнала S0(t) с помехой;

Si*(t) = Si(t) + ξ(t), где i = 1, 0 –смесь сигнала Si(t) с помехой.

При обнаружении сигналов приемник определяет: имеется ли на его входе смесь Si*(t) сигнала и помехи или только помеха ξ(t). Полная вероятность ошибки при обнаружении сигналов определяется формулой:

где Р(ξ) , Р(Si*) – априорные вероятности поступления на вход приемника помехи ξ(t) и смеси Si*(t) соответственно;

Р(Si*/ξ) – условная априорная вероятность поступления на вход приемника смеси Si*(t) при условии, что на самом деле на входе приемника присутствует помеха;

Р(ξ/Si*) - условная априорная вероятность поступления на вход приемника помехи ξ(t) при условии, что в действительности на его входе имеется смесь

Si*(t).

В формуле (4.1) первое слагаемое суммы характеризует вероятность ложного приёма сигнала, а второе слагаемое – вероятность пропуска сигнала.

При различении сигналов, в приемнике определяется: какой сигнал из множества разрешенных сигналов S1*(t) или S0*(t) имеется на его входе. Полная вероятность ошибочного решения при различении сигналов определяется выражением:

где Р(S0), Р(S1) – априорные вероятности приёма сигналов S0 и S1 соответственно;

Р(S1*/S0) – априорная условная вероятность приема смеси S1*(t) при условии, что в действительности передавался сигнал S0;

Р(S0*/S1) - условная априорная вероятность приема смеси S0*(t) при условии, что в действительности передавался сигнал S1.

Восстановление сообщений осуществляется при декодировании и дешифрации принятого избыточного сообщения и состоит в получении такого выходного сообщения, которое наименьшим образом отличается от переданного сообщения.

Вероятность ошибочного решения при декодировании и дешифрации двоичных сообщений определяется по формуле:

где P00 – вероятность обнаружения ошибок при приёме избыточных сообщений кода;

Pно – вероятность не обнаружения ошибок.

В настоящее время существует множество способов приема двоичных сигналов, которые обусловлены наличием информации о форме и фазе сигнала, алгоритмах решения о передаваемом сигнале и другие. Различают следующие основные способы приема двоичных сигналов:

1.Когерентный прием, при котором в приемнике известны все параметры сигналов (форма, амплитуда, частота, длительность), в том числе, и начальная фаза. Неизвестным является то, какой сигнал передавался на данном интервале времени. Задачей приемника является определение номера передаваемого сигнала с учетом начальных фаз сигналов. Этот способ используется для приема двоичных радиосигналов с ФМн и ОФМн.

2.Некогерентный прием, при котором в приемнике известны все параметры сигнала, кроме начальной фазы. Этот прием осуществляется без учета начальной фазы. Используется для приема двоичных радиосигналов с АМн и Чмн.

3.Корреляционный прием характеризуется вычислением корреляционных интегралов, характеризующих взаимную корреляционную функцию между принимаемыми сигналами и образцами передаваемых сигналов, которые генерируются в приемнике специальными генераторами.