Системы радиосвязи. Тема 3. Основы построения радиоприёмников. Занятие 8

сигналов частотной манипуляции.

3. Частные тракты приема сигналов фазовой манипуляции.

амплитуда колебаний.

Амплитудная телеграфия (АТ) – прерывистое (манипулированное) излучение колебаний несущей.

Амплитудная тональная телеграфия (АТТ) – это амплитудная манипуляция, при которой для улучшения восприятия на слух на выходе приёмника, несущая при формировании модулируется по амплитуде частотой Fтон.

А1А, A1B (старое обозначение – A1)

А2А (старое обозначение – A2)

Применяются следующие виды излучений при амплитудной манипуляции

1.1. Виды радиопередач сигналами амплитудной телеграфии

Разновидности АТТ: А2B, R2A, R2B, H2A, H2B, J2A, J2B

полоса УПЧ и связанная с этим низкая помехоустойчивость.

Достоинство – независимость тона слышимых сигналов от изменения несущей частоты, что упрощает управление приёмником.

полоса УПЧ и связанная с этим низкая помехоустойчивость.

использованием кода Морзе, прием оказывается возможным при весьма низких значениях отношения сигнал/шум.

Столь высокая помехоустойчивость приема обусловлена рядом особенностей ведения слухового радиообмена.

Во-первых, код Морзе имеет достаточно высокую избыточность.

Во-вторых, при ведении слухового радиообмена подготовленными операторами реализуется прием в целом буквы или цифры, а не раздельный прием отдельных элементов кодовых комбинаций (точек, тире и пауз между ними), образующих соответствующую букву или цифру. При этом в соответствии с теорией может быть реализована помехоустойчивость приема, более высокая чем при поэлементном приеме, который реализуется современной оконечной аппаратурой.

(Порядка минус 6 дБ, т. е. в условиях, когда мощность шума превышает мощность сигнала в четыре раза. Реальные цифры зависят от конкретных условий ведения связи: наличия или отсутствия замираний, структуры помех – шумовая или синусоидальная, а также от индивидуальных особенностей слухового аппарата оператора).

В-третьих, вследствие наличия статистической зависимости значений помех в различные моменты времени реальные каналы связи (каналы радиосвязи) следует рассматривать как каналы с памятью. При этом способность слухового аппарата человека запоминать особенности текущей помеховой обстановки на некоторое время вперед также позволяет повысить помехоустойчивость приема при передаче сообщений по каналу с памятью.

такой вид манипуляции несущей, при которой частота несущего колебания меняется скачком на Δfm относительно fн всякий раз при изменении знака (полярности) посылки первичного сигнала.

Двойная частотная телеграфия (ДЧТ) – это манипулированное по частоте колебание, при котором каждой паре посылок "отжатия" и "нажатия", вырабатываемых двумя независимыми источниками, ставится в соответствие отрезок гармонических колебаний, имеющих одно из четырех возможных значений частоты fА, fБ, fВ, fГ , причем fА < fБ < fВ < fГ .

F1B-500 (старый ГОСТ – F1-500)

F7B-125 (старый ГОСТ – F6-125)

Применяются следующие виды излучений при частотной манипуляции

где: 125, 250; 500 … 600 [Гц] - сдвиг частот Δfсдв = |fнаж – fотж| = 2Δfm .

где: 125, 250; 500 … 600 [Гц] - сдвиг частот Δfсдв = |fнаж – fотж| = 2Δfm .

Радиоизлучение частотной телеграфии при приёме на слух.

F1A-250

могут поступить колебания, спектры которых изображены на рисунках

F1B

ΔFПП

ΔFПП

Для демодуляции сигнала ЧТ необходимо устройство, которое при воздействии на его вход частоты fотж формирует на выходе отрицательное напряжение, а при воздействии частоты fнаж – положительное.

применение находят три основные метода приема:

прием по огибающей (фильтровой метод);

прием по мгновенной частоте (непосредственное детектирование);

автокорреляционный прием.

При этом все эти разновидности схем обеспечивают получение примерно одних и тех же значений качественных показателей, а выбор схемы того или иного вида определяется в первую очередь спецификой элементной базы и особенностями технологии производства РПрУ

фильтровой метод приёма

– метод непосредственного детектирования радиосигнала

между частотами "нажатия" fнаж и "отжатия" fотж сколь угодно малым.

Недостаток в том, что требуется высокая стабильность нулевой точки ЧД и настройки приемника.

Помехоустойчивость приема, реализуемая при приеме по мгновенной частоте, хуже, чем при приеме по огибающей.

Зависимость вероятности ошибки от отношения сигнал/шум при приеме ЧТ

Прием сигналов частотной манипуляции по мгновенной частоте позволяет обрабатывать сигналы с разными значениями Δfсдв: 125, 250; 500 … [Гц], без изменения структуры тракта (например, без переключения разделительных фильтров, как при фильтровом приеме).

Выводы

качество

частоты гармонических колебаний, подаваемых на его вход, имеет вид периодической функции с периодом :

fпер= 1/τ.

максимальное и минимальное значения напряжения, определяется по формуле

При заданной величине времени задержки в элементе задержки значения частот, при которых на выходе АК имеют место максимальные значения напряжения UАК, определяются соотношением:

Соответственно, для минимальных значений напряжения UАК:

Поскольку напряжение на выходе АК зависит от частоты колебаний, подаваемых на его вход, то такая схема может быть использована при принятии решения о полярности посылок на основе обработки сигнала ЧТ со сдвигом Δfсдв, передаваемого корреспондентом.

В соответствии с (8.11) для этого необходимо, чтобы элемент задержки обеспечивал следующее равенство:

(8.11)

этого следует выбрать соответствующие τ, значение частоты fг и ширину полосы пропускания фильтра, включенного на входе).

Помехоустойчивость приема, реализуемая с помощью АК, несколько хуже, чем у предыдущих схем приема по огибающей и по мгновенной частоте.

Это обеспечивает ее широкое применение в технике радиоприема.

В частности, такие схемы предпочтительно использовать, когда при реализации ЧТП применяются элементы цифровой обработки сигналов.

Выводы

сигналов F7B, реализующая прием по огибающей (фильтровой метод)

F1B необходимо устройство, которое при воздействии на его вход частоты fБ формирует на выходе отрицательное напряжение, а при воздействии частоты fВ – положительное.

Характеристика цифрового демодулятора Uдем = f(φ) удовлетворяет данному требованию (рис. 8.12), если задержка по фазе колебаний с частотой fБ(φБ) и задержка по фазе колебаний с частотой fВ(φВ) будут отличаться на π, т. е. если Δφ = φВ – φБ = π.

Рис. 10.12

ЧТ радиосигналов с различными частотными сдвигами достаточно изменить длину линии задержки N или тактовую Fт и соответственно ей промежуточную частоту Fпч, путем изменения частоты гетеродина и тактовой частоты в синтезаторе частот (СЧ).

стандарт манипуляции сигналов ДЧТ

Бод, N = 70, то FПЧ = 4,375 кГц и FТ = 35 кГц.

амплитудная модуляция, которая устраняется в приемнике с помощью амплитудного ограничителя.

Амплитудный ограничитель восстанавливает помехоустойчивость заложенную в сигналы частотной манипуляции.

Демодуляция сигналов ЧТ и ДЧТ осуществляется с помощью фильтрового метода (прием по огибающей), метода непосредственного детектирования (прием по мгновенной частоте ) и автокорреляционного метода прима (использование ФД).

Сигналы с ЧТ и ДЧТ находят широкое применение в военной технике радиосвязи, поскольку при их использовании обеспечивается достаточно высокая помехоустойчивость приема при сравнительно простой технической реализации аппаратуры.

Частные тракты приема сигналов с ЧТ и ДЧТ включаются в состав всех современных широкодиапазонных универсальных РПрУ.

Использование в ЧТП этих РПрУ элементов цифровой обработки позволяет значительно упростить их схемы, сделать ЧТП универсальными для приема различных видов дискретных и цифровых сигналов c различными параметрами.

Сигналы с угловой манипуляцией имеют повышенную помехоустойчивость и улучшают работу автоматических регулировок приемника по сравнению с амплитудной манипуляцией.

её фаза изменяется на π всякий раз при изменении знака (полярности) посылки первичного сигнала.

Применяются следующие виды излучений при фазовой манипуляции

Относительная фазовая телеграфия (ОФТ) – это такой вид манипуляции несущей, при котором её фаза изменяется на π всякий раз при изменении знака (полярности) посылки первичного сигнала на "минус" (0).

Двойная относительная фазовая телеграфия (ДОФТ) – это такой вид фазовой манипуляции, при котором каждой паре посылок, вырабатываемых двумя независимыми источниками, ставится в соответствие одна из четырёх возможных реализаций фазы сигнала: 0; π/2; -π/2; π.

G7B – 300

где: 300; 500 [Бод] – скорость телеграфирования.

G1B – 300 (старый ГОСТ – F9 – 300)

где: 300; 500 [Бод] – скорость телеграфирования.

3.1. Общие сведения о сигналах фазовой манипуляции

данной и предшествующей посылки не совпадают, то на выходе ЧТП (демодулятора) должна образовываться посылка "минус" ("0");

в противном случае (при одинаковых фазах) – посылка "плюс" ("1").

Принятие решения о знаке посылки на выходе демодулятора зависит от способа регистрации, определяемого методами приема сигналов ОФТ в радиоприемнике.

При реализации ЧТП сигналов ОФТ на практике наиболее широко применяются два метода приема:

сравнения полярностей (метод когерентного приема);

сравнения фаз (автокорреляционный метод).

опорных колебаний

схем приема сигналов ФТ.

Эти схемы отличаются, главным образом, принципом формирования опорного колебания для фазового детектора.

Принципы формирования опорного колебания:

формирование опорного колебания из принимаемого сигнала (схема А. А. Пистолькорса);

получение опорного напряжения от местного гетеродина, фаза которого корректируется сигналом ФТ (схема В. И. Сифорова).

колебания:

то после умножения на два

возможны и другие схемы формирования опорных колебаний. Однако все они не решают вопроса об исключении обратной работы как основного недостатка, свойственного приему сигналов ФТ.

Поэтому формирование опорных колебаний с использованием различных схем находит применение в технике радиосвязи, но не при работе сигналами ФТ, а, главным образом, при работе сигналами относительной фазовой телеграфии (ОФТ) или двойной (двухканальной) относительной фазовой телеграфии (ДОФТ).

нечувстви- тельности (неопределенности);

обеспечение достаточно стабильного порога срабатывания;

большой динамический диапазон принятия решения (или большая зона чувствительности) для каждого порога.

детектирования значения по оси абсцисс определяются по формуле:

G7B)

Вариант формирования сигнала ДОФТ (G7B)

значение несущей частоты принимаемого сигнала.

Для правильной регистрации посылки необходимо выполнить высокие требования к относительной нестабильности частоты настройки приемника:

Из неравенства (8.7) следует, что на данной частоте требования к стабильности тем менее жесткие, чем короче посылки, т. е. чем выше скорость телеграфирования:

(8.7)

4. Применение на входе ЧТП схем ШОУ – схем защиты от импульсных помех.

цифрового демодулятора

видам искажений сигнала: к провалу огибающей и к сдвигу (запаздыванию) момента скачка фазы.

В приемниках ФТ используется синхронное детектирование посылок фазовым детектором, для работы которого необходимо опорное напряжение, формируемое из принимаемого ФМ-сигнала с помощью схемы ФОК.

Демодуляция сигналов ФТ и ОФТ осуществляется с помощью метода сравнения полярностей (когерентный прием) и метода сравнения фаз (автокорреляционный прием).

Основной недостаток ФТ – возникновение «негативной работы» (обратной работы) – устраняется в системе ОФТ.

ЧТП сигналов с ОФТ и ДОФТ включаются в состав всех современных широкодиапазонных профессиональных РПрУ.

Использование в ЧТП этих РПрУ элементов цифровой обработки позволяет значительно упростить их схемы, сделать ЧТП универсальными для приема различных видов дискретных и цифровых сигналов c различными параметрами.

друг на друга и возникновению межсимвольных искажений

Искажения формы радиоимпульса в радиотракте

Искажения формы радиоимпульса связаны с ограничением полосы пропускания радиотракта (рис. 10.15). Искажения характеризуются временем запаздывания t3, временем нарастания tн, временем спада tСП, а также максимальным выбросом δ.

Рис. 10.15

видам искажений сигнала:

к сдвигу (запаздыванию) момента скачка фазы;

Искажения при приеме сигналов ФТ

к провалу огибающей.

конспект.

Юрченко М.Г., Казанов В.В. Радиоприёмные устройства: Курс лекций. В 4-х частях. Часть 3: Частные тракты приёма различных видов сигналов.Орёл: Академия, 2004, стр. 111 … 153.

Колосовский Е.А. Устройства приема и обработки сигналов. Учебное пос. для вузов. – М.: Горячая линия-Телеком, 2007, стр. 385…405.

Радиоприемные устройства: Учебник/ В.Ю. Бортникер, П.А. Иванкин, А.А. Петухов. – СПб: ВАС, 2005, стр. 384…411.

Подготовить ответы на контрольные вопросы из курса лекций (часть 3, стр. стр. 133, 153).

Румянцев К.Е. Приём и обработка сигналов: сборник задач и упражнений: уч. пособие для вузов - М.: Издательский центр "Академия", 2006, стр. 107 … 200.

Подготовиться к письменной работе по материалу занятия.

(список примерных вопросов направленцам уточнить у преподавателя)