Кратность манипуляции К
|
Число фаз m
|
Минимальная разнсть фаз
|
Минимальное евклидово расстояние между
сигналами dm
|
d2/dm,дБ
|
|
1
|
2
|
|
2*\/E
|
0
|
|
2
|
4
|
/2
|
\/2*E=1.41*\/E
|
3.01
|
|
3
|
8
|
/4
|
\/(2-\/2)E=0.765\/E
|
8.34
|
|
4
|
16
|
/8
|
\/(2--\/2+\/2)E=
=0.39\/E
|
14.2
|
|
5
|
32
|
/16
|
\/(2--\/2+\/2+\/2)E=
=0.196\/E
|
20.2
|
Равномерное размещение всех сигнальных точек на окружности, т.е.
использование равномощных сигналов, отличающихся лишь фазой, является
оптимальным только для 2-х, 3-х и 4-х позиционных случаев. При m>4
оптимальными будут неравномощные сигналы, которые кроме отличия по фазе имеют
различие по амплитуде. Размещены они равномерно, обычно внутри окружности,
радиус которой определяется максимально допустимой энергией сигнала. С точки
зрения теории модуляции такие сигналы относятся к сигналам с комбинированной
модуляцией, при которой одновременнo изменяется несколько параметров сигнала. В
данном случае амплитуда и фаза (сигналы с амплитудно-фазовой манипуляцией
АФМн). Простейший принцип построения сигналов с АФМн состоит в том, что
сигнальные точки размещаются на двух концентрических окружностях. Однако, этот путь
не всегда приводит к оптимальному результату. Например: 8-ми позиционный сигнал
с АФМн:
___
4 сигнала размещены на окружности с радиусом R=\/E , а 4 на
окружности r<R со сдвигом по фазе /4 (сигнальные точки расположены рядом с их
соответствующими номерами). Данная совокупность сигналов оптимизируется по
критерию максимума минимального расстояния между сигналами, путём выбора
отношения радиусов R и r. Оптимальное отношение R/r=1.932 определяется чисто из
геометрических соображений: чем больше r, тем больше расстояние между
сигнальными точками окружности радиуса r, но тем меньше расстояния между этими
точками и токами окружности радиуса R. Пэтому искомый максимум R/r достигается
тогда, когда эти расстояния будут равны т.е. равносторонним будет треугольник
854, а это будет только тогда, когда искомое отношение равно указанному. При
этом оптимальном отношении минимальное расстояние между сигналами d8=0.73\/E
(см.7.стр.51). Это расстояние меньше,чем у системы 8-ми позиционных
ФМн-сигналов, расположенных на одной окружности радиуса R(см. последнюю
таблицу). Таким образом, в случае трехкратной системы размещение сигнальных
векторов на двух концентрических окружностях не дает выигрыша. Оптимальным по
критерию максимума минимального расстояния оказывается простейшая 8-ми
позиционная система с АФМн, у которой 7 сигнальных точек размещены на
окружности радиуса R=\/E, а
восьмой сигнал равен нулю:
МИНИМАЛЬНОЕ РАССТОЯНИЕ У ТАКОЙ СИСТЕМЫ d8=0.86\/E, ЧТО БОЛЬШЕ, ЧЕМ d8
ФМн.
Далее рассмотрим 16-позиционные АФМн-сигналы.
Расстояние между ближайшими сигнальными точками в 16-ти позиционной ФМн
системе d16=0.39\/E, что соответствует проигрышу в 14.2 дБ по сравнению с 2-х
позиционной (см. посл. табл.). В круге данного радиуса можно построить лучшую
систему сигналов с АФМн. Примером построения такой системы является система, у
которой нечётные сигналы равномерно размещены на окружности большого радиуса с
интервалом /4, а чётные -- с тем же интервалом на
окружности меньшего радиуса, но с общим сдвигом по фазе относительно нечётных
на угол /8:
Оптимальное соотношение между радиусами R/r=1.587. При этом отношении
минимальное расстояние между сигналами d16=0.482\/E. Таким образом минимальное
расстояние между сигналами в 16-ти позиционной АФМн сигнале больше, чем в
аналогичной ФМн. Следовательно и помехоустойчивость в 16-типозиционной АФМн
системе выше при таком расположении векторов, чем в аналогичной ФМн системе,
при равномерном размещении сигнальных точек на окружности.
Другим ярким примером 16-ти позиционных АФМн сигналов является система,
в которой сикнальные точки размещены в узлах квадратной решетки:
Минимальное расстояние между сигнальными точками (d16=0.47\/E) хоть и
меньше, чем в предыдущем примере, но такой сигнал удобен с точки зрения
практической реализации.
При всех своих достоинствах АФМн сигналы имеют довольно серьёзный
недостаток -- это неравномощность вариантов. По этой причине возникают
определённые трудности как при их передачи(особенно при наличии нелинейных
преобразований, которые обычно имеют место, например на БРТР), так и при
оптимальной обработке. По этим причинам в рассматриваемой здесь системе не
будем переходить от 8-ми позиционных ФМн сигналов к аналогичным АФМн (хотя
необходимо отметить относительно весомое превосходство последних по помехоустойчивости).
Однако, в том случае, если необходимо в одном БРТР ретранслировать число
станций большее, чем 65 (при Pош=const), то придётся сделать переход к сигналам
с шестнадцатью позициями фазы, т.к. при возрастании m в сигналах с ФМн, при
равномерном расположении сигнальных точек на окружнсти, резко ухудшается
помехоустйчивость. 8-ми позиционные сигналы АФМн довольно часто нахoдят
применение именно по этой причине.
6. Приемник земной станции.
В общем случае спектр сообщения на входе приемника ЗС выглядит
следующим образом:
Требуется выделить сигналы от каждой станции,следовательно необходим
блок полосовых фильтров:
Упрощенная структурная схема приемника ЗС:
Обозначения на схеме: Ф-высокочастотный фильтр, УВЧ- усилитель высокой
частоты (параметрический, ЛБВ и т.д.), СМ - смеситель (преобразователь частоты;
в зависимости от ширины спектра сигнала и несущей частоты возможно одно, два
или даже три преобразования частоты; ограничимся в данном приемнике одним ПЧ,
если же полученной при этом избирательности по зеркальному каналу в общем
тракте окажется недостаточно, придется переходить на 2-х кратное ПЧ и т.д.);
Г- гетеродин; ПФ - полосовые фильтры; т.к. от них требуется высокая крутизна
АЧХ, то обычно в качестве ПФ используются фильтры Чебышева или Баттерворта
высокого порядка; УПЧ - усилители промежуточной частоты: в них осуществляется
основное усиление, полоса пропускания УПЧ fупч=fстанции+fнест, гдеfнест=0.00001--0.000001 - запас на
нестабильность частоты.Пустьfнест=0.00001, тогда fнест=0.00001*fo =0.00001*11 Ггц; ОД- общий
демодулятор, РУ - решающее устройство; ВСК - временной селекторный каскад (в
нем происходит разделение каналов); КД - канальные демодуляторы, выделяющие
сообщение; Дек. - ЦАП.
Рассмотрим работу некоторых узлов приемника более подробно.
1) Общий демодулятор.
x(t)*Si(t)dt>x(t)*Sj(t)dt
j=1,2,...m. i не равно j
где х(t) - принятый сигнал (1)
Так как принимаемый сигнал - ФМ, то входящие в (1) опорные сигналы Sj
представляют собой гармонические колебания с соответствующими начальными фазами
Sj= sin (t + j); j=1,2,...,m.
Общая схема когерентного демодулятора с ФМ m=8 [7,стр.95]
Схема содержит m=8 корреляторов и решающее устройство сравнения и
выбора максимального из выходов корреляторов. Вопросы реального формирования
опорных колебаний описаны в (7)Число опорных колебанийи соответственно
корреляторов в демодуляторе сигналов с ФМ меньше, чем число вариантов фазы.
Число опор многопозиционных ФМ сигналов может быть сведено к двум, если
применить соответствующий вычислитель.
Пусть имеются свертки принятого сигнала x(t) и квадратурных опорных
колебаний с произвольной начальной фазой о, т.е.
Xo=x(t)*sin(t+o)
(2)
Xo=x(t)*cos(t+о)
Тогда любой из интервалов: входящих в алгоритм (1), можно представить
через (2) по формуле:
Vi=Xo*cos(j-o) +Yo*sin(j-o) (3),
следовательно общая
схема когерентного демодулятора сигналов с многопозиционной ФМн может быть
представлена в следующем виде:
В этой схеме автономный генератор и фазовращатель на /2 вырабатывают квадратурные опорные колебания
с произвольной начальной фазой о; в 2-х корреляторах вычисляются проекции
принятого сигнала на эти опорные колебания, в вычислителе по формуле (3)
вычисляются значения Vj, а затем определяется максимальное из них. Для работы
схемы необходимы точные значения разностей j-o между фазами вариантов принимаеиого сигнала
и фазой опорного колебания в корреляторах. Эти разности фаз после их нахождения
вводятся в вычислитель.
Подробные сведения о работе демодуляторов сигналов с много позиционной ФМ
можно найти в [7].
2) Система синхронизации
В системе синхронизации есть подсистемы:
а) подсистема тактовой синхронизации;
б) подсистема, обслуживающая декодер (ЦАП);
в) подсистема, управляющая разделением каналов.
7. Учет недостатков МДЧР при равномерной
расстановке частот сигналов.
При МДЧР вследствие одновременного воздействия многих сигналов на
нелинейный выходной усилитель мощности ствола ретранслятора, возникает ряд
нежелательных эффектов: снижается общая полезная мощность на выходе УМ; появляются
интермодуляционные искажения из-за нелинейности амплитудной характеристики УМ,
происходит взаимное подавление сигналов. Эти недостатки приводят к снижению
пропускной способности систем, под которой понимаем число станций (сигналов),
обслуживаемых одним стволом БРТР.
Сигнал, занимающий среднее положение в полосе частот ствола, при
равномерном распределении мощностей сигналов находится в наихудшем положении,
так как на него приходится наибольший уровень интермодуляционных искажений
Если необходимо выровнять помехоустойчивость приемников различных станций, то
распределение мощностей сигналов должно быть принято неравномерным.
8. Заключение
В курсовом проекте дано краткое описание спутниковой системы связи с
МДЧР с равномерной расстановкой частот сигналов; достаточно подробно выполнен
раздел, посвященный выбору сигнала и перспективам применения в данной системе
сигналов с АФМ; менее подробно рассмотрены вопросы приема выбранного сигнала .
Более полные сведения о тех или иных разделах данной работы можно получить из
соответствующих первоисточников, которые указаны по тексту.
ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ НА ККК.
1. Тип системы : ССС с МДЧР
2. Число телефонных каналов на данной земной станции (ЗС) - 50.
3. Средняя частота работы ретранслятора (РТР)
fo =11 ГГц
4. Вероятность ошибки на 1 символ:
Рош=10^(-5)
5. Коэффициент усиления антенны бортового РТР
Ga прд =30 дБ
6. Диаметр антенны приемника ЗС
Da прм=7 м
7. Ширина полосы частот, отводимая стволу f ств=70 Мгц
8. Мощность бортового ПРД
Р прд=10 Вт
ЛИТЕРАТУРА
1."Проектирование систем передачи цифровой информации." под
ред. Пенена П.И.
2."Проектирование многоканальных систем передачи информации"
Когновицкий Л.В.
3."Основы технического проектирования систем связи через
ИСЗ". Фортушенко А.Д. и др.
4." Справочник Спутниковая связь и вещание." под ред.
Кантора Л.Я., 1988г.
5."Системы передачи цифровой информации".Пенин П.И.
6."Антенны и устрйства СВЧ". Сазонов Д.М.
7."Цифровая переадача информации фазомодулированными
сигналами". Окунев Ю.Б.
8."Помехоустойчивость и эффективность СПИ" под ред, Зюко А.Г.
9."Оптимизация по пропускной способности сисем связи с частотным
разделением". Когновицкий Л.В. Касымов Ш.И. Мельников Б.С.
КУРСОВОЙ ПРОЕКТ
ПО КУРСУ
СИСТЕМЫ ПЕРЕДАЧИ ИНФОРМАЦИИ
НА ТЕМУ
"МНОГОСТАНЦИОННЫЙ ДОСТУП С
ЧАСТОТНЫМ РАЗДЕЛЕНИЕМ КАНАЛОВ."
ФАКУЛЬТЕТ РТФ
ГРУППА Р-8-91
СТУДЕНТ АСАТРЯН
С.Р.
РУКОВОДИТЕЛЬ
КОГНОВИЦКИЙ Л.В