Системы радиосвязи. Тема 3. Основы построения радиоприёмников. Занятие 7

сигналов угловой модуляции.

3. Частные тракты приема сигналов однополосной радиопередачи.

при приёме на идеальный приёмник, будут минимально возможными в данных условиях.

Потенциальная помехоустойчивость – это …

Основная проблема оптимального приёма

принятие радиоприёмным устройством наилучшего решения
(в рамках заданного критерия оптимальности)

Идеальный приёмник – это приёмник, в котором выходной сигнал наилучшим образом соответствует переданному сообщению.

Потенциальная помехоустойчивость – это помехоустойчивость, которая характеризуется минимально возможными искажениями в идеальном приёмнике.

сигналов, помех, радиоканалов

их функционального взаимодействия

при выбранном критерии оптимальности и типе решаемой в РПрУ задачи

найти оптимальные алгоритмы обработки информации

Наилучшими являются оптимальные радиоприёмные устройства, синтезированные в условиях полной априорной определённости.

полная априорная определенность

Разработка схем оптимальной обработки сигналов обеспечивает определение структуры и принципов работы частных трактов приём (ЧТП) профессиональных радиоприёмных устройств

общего тракта приёма до выхода приёмника, включает в себя демодулятор, каскады додемодуляторной и последемодуляторной обработки, предназначенная для обработки смеси сигнала и помех, с целью получения точной копии первичного электрического сигнала, имеющего качественные характеристики, достаточные для нормального функционирования оконечной аппаратуры.

Кроме того, ЧТП могут выполнять функции по формированию управляющих воздействий, используемых для осуществления необходимых регулировок в ОТП, например таких как АРУ, АПЧ и другие.

обеспечивающие приём аналоговых сигналов;

В зависимости от вида принимаемого сигнала ЧТП радиоприёмников можно разделить на три группы:

используемые при приёме дискретных и цифровых сигналов;

использующие цифровую обработку сигналов.

1.1. Общие положения

достаточные для нормального функционирования оконечной аппаратуры;
2. Выделение компонентов спектра первичного электрического сигнала и подавление побочных продуктов демодуляции;
4. Усиление первичного электрического сигнала до величины, обеспечивающей нормальную работу оконечного устройства;
5. Развязка и согласование выхода радиоприёмника с оконечным устройством.

Назначение частных трактов приёма
3. Получение заданной формы АЧХ и ФЧХ огибающей первичного сигнала;

демодуляции (обработки) сигнала;

минимальный уровень неиспользуемых продуктов демодуляции на выходе радиоприёмника;

корректировка АЧХ и ФЧХ первичного сигнала для получения огибающей заданной формы;

Требования, предъявляемые к ЧТП

обеспечение нормальной работы оконечного устройства;

обеспечение развязки и согласования радиоприёмника с оконечным устройством.

Вопрос 1

частоты модулированного радиосигнала при частотной модуляции от значения его несущей частоты.

Узкополосная частотная модуляция – частотная модуляция несущей, при которой девиация частоты меньше максимальной частоты модулирующего сигнала.

Частотная модуляция – угловая модуляция несущей, при которой отклонение частоты модулированного сигнала изменяется пропорционально мгновенным значениям модулирующего сигнала

F3E (старый ГОСТ – F3)

При ЧМ девиация частоты пропорциональна модулирующему напряжению.
При ФМ девиация частоты пропорциональна как модулирующему напряжению, так и частоте.

Широкополосная частотная модуляция – частотная модуляция несущей, при которой девиация частоты колебаний в несколько раз превосходит максимальную частоту модулирующего сигнала.

в передатчике и послекоррекция минус 6 дБ/октава в приемнике.

Фазовая модуляция – угловая модуляция несущей, при которой фаза несущей изменяется пропорционально мгновенным значениям модулирующего сигнала

G3E

Разнос частот между каналами 25 кГц или 12,5 кГц.

Класс излучения G3E совместим с F3E, который используется в отечественных и импортных радиостанциях.

с выхода ОТП на вход ЧТП может поступить колебание, временная характеристика которого изображена на рисунке:

с последующим фазовым детектированием

Преобразование ЧМ в импульсы с переменной скважностью с последующим детектированием импульсным детектором

сигналов ЧМ

приёма непрерывных сообщений оценивается выигрышем q или обобщенным выигрышем системы модуляции (q'):

Установлено [3], что для различных видов модуляции выигрыш и обобщенный выигрыш соответственно составляют:

а обобщенный выигрыш при различных видах помех разный q'ЧМ ≈ 3m2f .

для АМ: qАМ ≈ m2АМ < 1; qАМ' ≈ mАМ, т.к. mАМ = 0,3, то q' < 1;

для ОМ: qОМ = 1; q' = 1;

для ЧМ: qЧМ ≈ mf ;

В зависимости от вида принимаемого радиосигнала при определении реальной чувствительности радиоприёмника учитывается величина обратная выигрышу системы модуляции

10

Вопрос 2

Выводы

2. В случае больших помех на входе приёмника ЧМС (малых отношений с/ш на входе) отношение с/ш на выходе – резко падает и выигрыш по сравнению с ОМ отсутствует.

1. При больших величинах отношения с/ш на входе приёмника ЧМС (помеха относительно слабая) отношение с/ш на выходе – увеличивается по сравнению с приёмниками ОМ и АМ, и это увеличение тем больше, чем больше индекс ЧМ.

больше индекс ЧМ и меньше порог ограничения.

3. Поэтому в ОТП надо иметь запас усиления достаточный, чтобы даже при слабых сигналах уровень их превышал порог ограничения.

В этом случае коэффициент усиления ОТП определяется выражением:

5. При малых индексах модуляции выигрыш, хотя и маленький, но он сохраняется при значительно более высоком уровне помех.

ЧТП

Метод предыскажений

Метод "следящего" фильтра

Метод обратной связи по частоте

Метод синхронно-фазового детектирования сигналов ЧМ

Для повышения помехоустойчивости приемников частотно-модулированных сигналов используют следующие порогопонижающие методы приема

устраняется в приемнике с помощью амплитудного ограничителя.

Амплитудный ограничитель восстанавливает помехоустойчивость заложенную в сигналы УМ.

Детектирование ЧМ-сигналов осуществляется с помощью частотного детектора.

Для нормальной работы ЧД и подачи на его вход неизменного по амплитуде напряжения необходимо устранить паразитную амплитудную модуляцию ЧМ-сигнала .

В радиотракте с нелинейной ФЧХ при прохождении ЧМ-сигнала возникает паразитная фазовая модуляция, нарушающая закон модуляции сигнала. По этой причине на выходе ЧД помимо полезной составляющей напряжения с модулирующей частотой появляются гармоники, приводящие к нелинейным искажениям сигнала.

и фазовой модуляций.

Для ослабления паразитной частотной модуляции, вызываемой наложением помехи на сигнал, необходимо обеспечить условие ∆fmax » ∆fп для чего увеличивают уровень сигнала либо девиацию полезного сигнала ∆fmax .

Для ослабления флуктуационной помехи в РПрУ ЧМ-сигналов используют следящий прием.

Сильный сигнал в приемнике ЧМ подавляет слабую помеху тем эффективнее, чем больше UС , по сравнению с UП .

При UП > UС более сильная помеха подавляет сигнал, что свидетельствует о наличии в приемнике пороговых свойств.

однополосная радиопередача без подавления уровня излучения несущей

Однополосная радиопередача с ослабленной несущей – однополосная радиопередача, в которой степень подавления несущей еще позволяет ее восстановить и использовать при радиоприеме

Однополосная радиопередача с подавленной несущей – однополосная радиопередача, в которой уровень излучения несущей исключает ее использование при радиоприеме

R3E (старый ГОСТ - A3A)

J3E (старый ГОСТ - A3J)

H3E (старый ГОСТ - A3H)

Радиопередача с независимыми боковыми полосами – радиопередача, при которой спектр радиоизлучения содержит несущую и спектральные составляющие, расположенные в пределах боковых полос частот, каждая из которых создана своим независимым модулирующим сигналом

B8E (старый ГОСТ - A3B)

Четвертый символ – A, B: верхняя, нижняя боковая полоса.

ОМ с выхода ОТП на вход ЧТП могут поступить колебания, спектры которых изображены на рисунках

J3E-B

H3E-B

J3E-A

H3E-A

B8E

R3E-B

R3E-A

боковой полосе частот, поступающий на вход радиоприемника (на вход ЧТП), можно записать в виде

Принцип приема (демодуляции) сигналов однополосной модуляции
по верхней боковой полосе частот

J3E-A

(на вход ЧТП), можно записать в виде

Принцип приема (демодуляции) сигналов однополосной модуляции
по нижней боковой полосе частот

J3E-B

- A3J)

чем точнее частота местного гетеродина совпадает с подавленной, тем меньше частотные искажения.

Допустимая величина одновременного смещения по частоте (асинхронизм) всех спектральных составляющих сигнала зависит от типа используемой ОА, а также требований, предъявляемых к качеству передачи сообщений:

если

с ослабленной несущей

с полной несущей

отличие от ЧТП R3E

модуляции (ОМ)

Каждая система модуляции с точки зрения помехоустойчивости приёма непрерывных сообщений оценивается выигрышем q или обобщённым выигрышем системы модуляции (q')

Установлено [2], что для указанных модуляций выигрыш и обобщённый выигрыш соответственно составляют:

для АМ: qАМ ≈ m2АМ < 1; qАМ' ≈ mАМ, т.к. mАМ = 0,3, то q' < 1;

для ОМ: qОМ = 1; q' = 1;

в единицах мощности с учетом величины обратной выигрышу системы модуляции:

Детектор как нелинейный элемент изменяет отношение полезного сигнала к шуму на своём выходе по сравнению с таким же отношением на входе, поэтому выражение для реальной чувствительности приёмника зависит от конкретных видов принимаемых сигналов и методов приёма (видов демодуляторов).

В зависимости от вида принимаемого радиосигнала при определении реальной чувствительности радиоприёмника учитывается величина обратная выигрышу системы модуляции

– коэффициент - различимости (превышения) сигнала над шумом С/Ш на выходе УТ.

(превышения) γ = Рс вых/Рш вых, минимально допустимое значение которого зависит от характера принимаемого сообщения, требуемого качества приема и вида модуляции сигнала

– превышение сигнала над шумом по напряжению.

2.

Чувствительность радиоприёмника в единицах э.д.с. (напряжения) с учетом величины обратной выигрышу системы модуляции:

радиоприёмника сигналов частотной модуляции, измеренной в единицах мощности:

Чувствительность радиоприёмника сигналов частотной модуляцией в единицах э.д.с.:

Величина обратная выигрышу для радиосигнала частотной модуляции

радиоприёмника сигналов однополосной модуляции, измеренной в единицах мощности:

Чувствительность радиоприёмника сигналов с однополосной модуляцией в единицах э.д.с.:

Величина обратная выигрышу для радиосигнала однополосной модуляции

радиоприёмника сигналов амплитудной модуляции, измеренной в единицах мощности:

Чувствительность радиоприёмника сигналов амплитудной модуляцией в единицах э.д.с.:

Величина обратная выигрышу для радиосигнала амплитудной модуляции

раза числа радиостанций улучшает отношение сигнал/шум на выходе радиоприемника.

Для приема ОМ-сигналов в РПрУ необходим генератор-восстановитель несущего колебания.

Детектирование сигналов осуществляется с помощью синхронного детектора.

Прием однополосных сигналов может осуществляться при наличии пилот-сигнала и без него. По этому признаку структурные схемы ЧТП ОМС можно разделить на два больших класса (в зависимости от наличия или отсутствия тракта выделения пилот-сигнала).

Современные профессиональные приемники ОМС, как правило, строятся по универсальной схеме, позволяющей осуществлять детектирование ОМС всеми рассмотренными выше способами.

При детектировании ОМ-сигналов возникают нелинейные искажения из-за малого уровня восстановленной несущей и из-за погрешности восстановления частоты несущего колебания.

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. 36 … 101.

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. 36, 101).

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)