p=0,5 [1 - Ф (22x) =0,1exp (-x2).
Тогда из (2.3) получим
рэ= (dxMбл/10n) exp (-Eбdxk/nN0).
Отсюда Ln (10рэ) =Ln (dxMбл/n) - Eбdxk/nN0 или
Еб/N0= (Ln (dxMбл/n) - Ln (10рэ)) /dx (k/n).
Эта формула является основной при оценке помехоустойчивости различных кодов. Для кодов без избыточности и противоположных сигналов (с фазовой манипуляцией на 1800) пологая p=рэ, можно записать: p=0,5 [1 - Ф
(21/2h0)] =0,1exp (-h02);
Ln (10p) = h02,где h02 = Еб/N0 - требуемое отношение энергии сигнала на 1 бит к спектральной плотности шумов для двух противоположных сигналов.
Таким образом, для р=10-6 получим:
h02= - Ln (10*10-6) =11,5.
Обозначим полосу частот, занимаемую спектром сигнала, через Dfэ (ширина спектра сигнала). Тогда h02можно представить в виде:
где Бс =Df э * t0 - база сигнала, а (Рс/Рш) вх - отношение средней мощности сигнала к средней мощности шума на входе приемника, взятое в полосе частот Df э.
Для простых сигналов Бс = 1, следовательно: q = (Рс/Рш) вх = h02
Для расчетов увеличим это значение на 30 %: q = 11.5 + 30 % = 15
Будем считать приемлимым такой шум квантователя который в 4 раза меньше, чем шумы на входе приемника, следовательно: q` = 4 * q = 60. Подставляя это значение в формулу (2.1) с учетом D = 20 dB = 10 раз, получаем:
2В
60 * 100 / 3 = 2
Таким образом выбираем разрядность квантователя: В = 5 разрядов
На основании расчетов, приведенных в пункте определение частоты дискретизации, определим длительность интервала времени, в течение которого необходимо передать информацию о текущем отсчете входного сигнала. Выберем синхронный метод передачи с кадровой синхронизацией. Чтобы на приемной стороне мы могли обработать информацию требуется знать момент времени ее появления. Для этого в начале канального сигнала (кадра) размещается так называемый синхросигнал, который отличается от информационного сигнала. Таким образом кадр состоит из двух частей: сигнала синхронизации и информационного сигнала:
Тк=Тс+Ти,
где Тк - длительность канального сигнала; Тс - длительность синхроимпульса; Ти - длительность информационного сигнала
Причем Тк=1/Fo=1/25*103=4*10-5 сек. = 40 мкс.
Имеем 10 каналов, количество элементарных передаваемых символов в каждом канале равно числу уровней квантования В = 5, Т.о. количество элементарных символов в информационном сигнале: Nи = 5*10 = 50. В качестве синхрослова выберем сложный сигнал (составной), в этом случае для уменьшения вероятности ложного срабатывания системы кадровой синхронизации необходимо или выбирать длительность синхросигнала ³ 1/2 Ти или вводить в информационный сигнал запрещенные комбинации, что сильно усложняет аппаратуру. В нашем случае Ти / 2 =12.5, поэтому выберем синхронизацию по кадрам с помощью тринадцатиразрядного кода Баркера. Коды Баркера являются наилучшими в своем классе. АКФ этих кодов имеет узкий центральный пик и минимальный уровень боковых лепестков = 1/N, где N - значность кода.
Количество элементарных символов в кадре:
N =Nс + Nи = 50 + 13 = 63 (шт.)
Длительность элементарного символа:
t = Тк / N = 4 0*10-6/ 63 @ 6.35*10-7=0.635 мкс.
Тактовая частота: fт = 1/t = 1.575*106 Гц =1.6 МГц
В первом приближении ширина спектра КИМ-ФМ-ФМ определяется шириной главного лепестка:
Df = 2 * (1/t) = 2 * 1/1.6*106 = 3.16*106 Гц = 3.16 МГц
Вид группового сигнала:
Энергетическим потенциалом радиолинии называется отношение средней мощности сигнала к спектральной плотности шума, пересчитанное ко входу приемника.
В задании курсового проектирования задана линия с расстоянием между приемником и передатчиком 200 км. Зададимся, что это линия Земля - управляемый объект. Линия связи подобного типа предназначена для передачи различных команд с пункта управления на борт беспилотного летательного аппарата. Достоверность приема таких команд должна быть весьма высокой, а допустимая вероятность ошибки принятой команды составляет 10-5-10-6 и менее.
Данные, необходимые для расчета:
Расстояние между приемником и излучателем r = 200 км.
Длина волны l = 3 см.
Частота f = C / l = 10 ГГц
Наземная передающая антенна параболического типа диаметром 1м.
Бортовая антенна: площадь 0,18 м2; антенна всенаправленная (D = 1)
пороговое отношение С/Ш = hо2 = - Ln (10*10-6) = 11,5 (см. П 2.2)
длительность элементарного символа: t = 0.18мкс (см. П 2.3)
Эквивалентная шумовая температура бортового приемника: Тэ = 1000 К; Л: [3] Расчет взят из Л: [3]
В соответствии с известным уравнением дальности связи мощность сигнала на входе приемника определяется выражением:
Рс вх = Ризл * gЕ * G * Sэ / 4pr2 (2.3)
где Ризл - средняя мощность, излучаемая передатчиком
G - КНД антенны передатчика
Sэ - эффективная площадь приемной антенны
r - расстояние между передатчиком и приемником
gЕ - коэффициент, учитывающий потери энергии сигнала в среде за счет поглощения:
gЕ = exp ( - 0.23ar); для l = 3 см. a = 0.15 dB/км
Т.о. Рс вх = Ризл * G * Sэ / (4pr2) * exp ( - 0.23ar) (2.4)
Если основными помехами в линии связи являются внутренние флуктационные шумы и другие случайные помехи шумового типа, то пересчитав эти помехи ко входу приемника, можно получить результирующую спектральную плотность помех на входе в виде:
(2.5)
где Noi - спектральная плотность случайной помехи i - го вида, пересчитанная ко входу приемника
Мощность всех помех на входе приемника, определяемая в полосе частот Dfэ занимаемой спектром сигнала, равна
(2.6)
где fо - частота несущей
Выражение (2.6) можно представить в виде
(2.7)
В простейшем случае, когда основной помехой являются только внутренние флюктуационные шумы приемника с равномерной спектральной плотностью No, мощность помехи на входе (при согласованном входе) равна
Рш вх = No Dfэ = к Тэ Dfэ (2.8)
где к = 1,38*10-23 Дж/К - постоянная Больцмана
Тэ - эквивалентная шумовая температура входа.
С учетом выражений (2.4) и (2.7) отношение средней мощности сигнала к средней мощности шума на входе приемника определяется формулой:
(2.9)
Это выражение определяет фактическое отношение С/Ш на входе приемника при известных параметрах линии связи. Пусть для того, чтобы обеспечить требуемую вероятность ошибки при передаче одной двоичной еденицы информации, необходимо иметь энергетическое отношение С/Ш:
h02 = Е0/N0S = (Рс/Рш) вх * t * Dfэ (2.10)
Тогда требуемое отношение С/Ш на входе приемника:
(Рс/Рш) тр = U h0 2/t Dfэ (2.11)
U - коэффициент запаса, выбирается от 2 до 10
зададимся U = 10
Для того чтобы линия связи обеспечивала передачу информации с помехоустойчивостью не ниже заданной, необходимо выполнить условие:
(Рс/Рш) вх ³ (Рс/Рш) тр (2.12)
Приняв во внимание (2.9), (2.11) и (2.12), имеем:
(2.13)
Определим требуемую мощность передатчика:
Sэ = Sпр = 0.18 м2 - эффективная площадь приемной антенны (D = 1)
КНД передающей антенны
G=ha (pDп/l) 2, где
Dп=1м - диаметр передающей антенны
ha - КИП (коэффициент использования площади) - коэффициент учитывающий эффективность использования площади раскрыва антенны (0,55 для параболической)
G=0,55 (3,14*1/0.03) 2 = 6025; G = 38 дБ.
Мощность передатчика:
Рпер * 3.911 * 104 ³ 1.15 * 106
Рпер ³ 1.15 Вт, Возьмем Рпер = 5 Вт.
Передаваемые аналоговое сигналы через коммутатор, подаются на АЦП, в котором они преобразуются в цифровой код. Каждому аналоговому сообщению соответствует свое кодовое слово. Все кодовые слова имеют одинаковую разрядность (8). При заданном динамическом диапазоне 10 дБ можно применять восьмиразрядное линейное квантование. С помощью преобразователя кода (регистр) параллельный код преобразуется в последовательный. Все слова от источников сообщений образует кадр. Для определения в приемнике начала кадра в него вводится в синхрослово (выбираем семиразрядный код Баркера). Объединение синхрослова и кодовых слов происходит в сумматоре. Далее сигналы поступают на фазовый манипулятор в котором манипуляция фазы происходит по закону ОФМ. Сформированным фазоманипулированным сигналом осуществляется фазовая модуляция несущего колебания. С помощью системы синхронизации происходит управление работой передающей части радиолинии. Подключение аналоговых сигналов U1 (t),U2 (t) ………U5 (t) к АЦП происходит с периодом, который определяется частотой процессов U,U2……U5 (fв=5 Гц.). Система синхронизации управляет также работой регистра и вырабатывает также работой регистра и вырабатывает запускающий импульс по которому формируется код Баркера, т.е. синхрослово.
На выходе фазового детектора высокочастотной части приемника формируется фазоманипулированный сигнал на поднесущей частоте fпод т.е. сигнал с ОФМ. После УПЧ иФД2 формируется последовательность прямоугольных импульсов далее поступающих на устройство сравнения (УС) и элемент памяти (ЭП) которые используются для распознавания кода. Управляет работой схема посимвольной синхронизации, которая вырабатывает периодическую последовательность импульсов (меандр.) тактовой частоты. В данном приемнике используется метод когерентного приема сигналов с ОФМн т.к. некогерентный прием может осуществляться только при скорости передачи не более 200 бод ввиду того, что очень трудно реализовать кинематические фильтры на большие частоты.
Выделенная последовательность импульсов далее поступает на триггер далее на дешифратор кода Баркера после чего на регистр преобразующий последовательный код в параллельный, далее на ЦАП, который преобразует код в выборку соответствующей амплитуды далее на селектор каналов.
Управляет работой ЦАП, СК и дешифратора пересчетная схема, задача которой заключается в разрешении и запрещении работы ЦАП, регистра и СК по приходу кадровой синхронизации (импульс с дешифратора) и пересчет импульсов строчной синхронизации в импульсы канальной.
В начальный момент времени из триггера на выходе логическая “1”. Тактовые импульсы через схему И3 проходят на формирователь кода Баркера и на счетчик СЧ1. С ФКБ через открытый ключ К2 код Баркера (7-разрядный) проходит на вход схемы формирования команд ОФМ (Т-триггер). В это время счетчик СЧ1 производит подсчет количества тактовых импульсов равного количеству импульсов кода. При окончании седьмого импульса в начале восьмого на выходе СЧ1 формируется импульс переполнения, который через схему И4 обнуляет СЧ1 и переключает триггер в положение логического 0. С этого момента К2 переключается на второй вход, через схемы И1 и И2 импульсы синхронизации поступают на К1 и АЦП, а схем И3 запрещает их поступление на ФКБ. СЧ2 нужен для подсчета количества тактовых импульсов равного количеству импульсов кода и на 41 импульсе выдает импульс переполнения, который переводит триггер в положение “1”, которая обнуляет СЧ2 и весь цикл формирования кадра повторяется снова.
Страницы: 1, 2, 3, 4
