Muravey_shpora

11.Сравнение ФМ и ЧМ. Достоинства и недостатки угловой модуляции по сравнению с амплитудной.

Сравнивая частотную и фазовую модуляцию можно заметить, что они очень схожи и являются разновидностями угловой модуляции. Фазовая модуляция относится к прямым методам модуляции, когда девиация фазы прямопропорциональна амплитуде модулирующего напряжения, а частотная модуляция относится к интегральным методам модуляции, поскольку девиация фазы пропорциональна интегралу от модулирующего напряжения.

12. Модуляция в цифровых РСП. Виды цифровой манипуляции: амплитудная, частотная, фазовая, дифференциальная фазовая.

Существует 3 основных вида манипуляции сигналов: амплитудная, частотная и фазовая. Этот набор манипуляций определяется основными характеристиками, которыми обладает любой сигнал (см. статью "Сигнал и его основные характеристики").

Виды манипуляции сигналов

АМ, ЧМ и ФМ являются базисом и достаточно редко применяются на практике поодиночке. Чаще применяются их модификации или в сочетании друг с другом. В частности в стандарте GSM на радио интерфейсе применяется модуляция GMSK – гауссовская манипуляция с минимальным фазовым сдвигом. Главное ее преимущество заключается в том, что манипулированный этим методом сигнал занимает гораздо меньшую частотную полосу, чем при обычной фазовой манипуляции. Однако в основу GMSK положена, рассмотренная выше обычная фазовая манипуляция, и это видно даже из названия. Таким образом, выбор того или иного метода манипуляции обусловлен требованиями по помехозащищенности, пропускной способности канала связи, стоимостью реализации оборудования и т.п.

13. Уравнения Найквиста и Шеннона

Связь между полосой пропускания линии и ее максимально возможной пропускной способностью, вне зависимости от принятого способа физического кодирования, установил Клод Шеннон:

Здесь С — максимальная пропускная способность линии в битах в секунду, F -ширина полосы пропускания линии в герцах, Pс. — мощность сигнала, Pш

— мощность шума.

Из этого соотношения видно, что хотя теоретического предела пропускной способности линии с фиксированной полосой пропускания не существует, на практике такой предел имеется. Действительно, повысить пропускную способность линии можно за счет увеличения мощности передатчика или же уменьшения мощности шума (помех) на линии связи. Обе эти составляющие поддаются изменению с большим трудом. Повышение мощности передатчика ведет к значительному увеличению его габаритов и стоимости. Снижение уровня шума требует применения специальных кабелей с хорошими защитными экранами, что весьма дорого, а также снижения шума в передатчике и промежуточной аппаратуре, чего достичь весьма не просто. К тому же влияние мощностей полезного сигнала и шума на пропускную способность ограничено логарифмической зависимостью, которая растет далеко не так быстро, как прямопропорциональная. Так, при достаточно типичном исходном отношении мощности сигнала к мощности шума в 100 раз повышение мощности передатчика в два раза даст только 15 % увеличения пропускной способности линии.

Близким по сути к формуле Шеннона является другое соотношение, полученное Найквистом, которое также определяет максимально возможную пропускную способность линии связи, но без учета шума на линии:

C = 2F log2 M.

Здесь М — количество различимых состояний информационного параметра.

Скорость передачи информации — скорость передачи данных, выраженная в количестве бит, символов или блоков, передаваемых за единицу времени.

Рассматривая все возможные многоуровневые и многофазные методы шифрования, теорема Шеннона-Хартли утверждает, что ёмкость канала C, означающая теоретическую верхнюю границу скорости передачи информации, которые можно передать с данной средней мощностью сигнала S через один аналоговый канал связи, подверженный аддитивному белому гауссовскому шуму мощности N равна:

C— ёмкость канала в битах в секунду; B — полоса пропускания канала в герцах; S — полная мощность сигнала над полосой пропускания, измеренной в ваттах или вольтах в квадрате; N — полная шумовая мощность над полосой пропускания, измеренной в ваттах или вольтах в квадрате;

S/N — отношение сигнала к шуму(SNR) сигнала к гауссовскому шуму, выраженное как отношение мощностей.

14.Cравнение различных видов модуляции

Как указывалось, основными критериями эффективности различных видов модуляции являются критерии спектральной и энергетической эффективности. Энергетическая эффективность характеризует энергию, которую необходимо затратить для передачи информации с заданной достоверностью (вероятностью ошибки). Спектральная эффективность характеризует полосу частот, необходимую для того, чтобы передавать информацию с определенной скоростью. Кроме данных критериев, виды модуляции сравниваются по устойчивости к различным типам помех и искажений и сложности аппаратной реализации. Существуют также специфические критерии, существенные для отдельных систем связи, отражающие особенности канала связи. Практически во всех системах связи используются фильтры, ограничивающие спектр сигнала. Для амплитудных, фазовых и амплитудно-фазовых видов модуляции чаще всего используется фильтр с характеристикой приподнятого косинуса, для частотных – гауссов фильтр. Таким образом, спектральная эффективность для амплитудных, фазовых и амплитуднофазовых видов модуляции одинакова и определяется полосой фильтра. Было показано, что увеличение позиций (уровней) модуляции (модуляции M-ASK, M- PSK и MQAM) увеличивает спектральную эффективность в M k 2 log = раз. Также было отмечено, что наибольшей спектральной эффективностью среди частотных видов модуляции обладает модуляция MSK. Сравнение MSK c гауссовой фильтрацией (модуляция GMSK) и относительной полосой 3 . 0 = b BT и модуляции QPSK с фильтром приподнятого косинуса с коэффициентом скругления 35 . 0 = б (оптимальные для многих систем связи параметры) выявляет, что 99% мощности содержится в относительной полосе 1 для QPSK и 2.6 для GMSK. Таким образом, MSK является спектрально в 2.6 раза менее эффективной, чем QPSK и в 1.3 раза менее эффективной, чем BPSK.

15. Квадратурноамплитудная модуляция типа 16КАМ

При квадратурной амплитудной модуляции (КАМ, QAM - Quadrature Amplitude Modulation) изменяется как фаза, так и амплитуда сигнала, что позволяет увеличить количество кодируемых бит и при этом существенно повысить помехоустойчивость. В настоящее время используются способы модуляции, в которых число кодируемых на одном бодовом интервале информационных бит может достигать 8...9, а число позиций сигнала в сигнальном пространстве

- 256...512.

Квадратурное представление сигналов является удобным и достаточно универсальным средством их описания. Квадратурное представление заключается в выражении колебания линейной комбинацией двух ортогональных составляющих — синусоидальной и косинусоидальной:

S(t)=x(t)sin(wt+(p))+y(t)cos(wt+(p))

где x(t) и y(t) — биполярные дискретные величины. Такая дискретная модуляция (манипуляция) осуществляется по двум каналам на несущих, сдвинутых на 90° друг относительно друга, т.е. находящихся в квадратуре (отсюда и название представления и метода формирования сигналов).

В ЦРСП для увеличения спектральной эффективности получили применение модуляторы МКАМ M≥16. Модуляция высокого порядка эффективна с точкизрения использования спектра, но требует реализации высокого ОНШ для обеспечения заданной величины Pо ш . При 16КАМ кратность модуляции m=log216=4 и в одном символе передается 4 бита информации. Символьная

скорость, характеризующая эффективность использования полосы в четыре раза меньше, чем при двухпозиционной фазовой модуляции. Структурная схема и векторная диаграмма (ВД) для 16КАМ представлены на рисунках 6.27 и 6.28 соответственно. В каждой ветви модулятора 16КАМ с помощью ЦАП в ФУ формируется четырехуровневый сигнал ( ±1; ±3 ) с длительностью 4T0 . После объединения ортогональных сигналов I и Q каналов на выходе сумматора действует амплитудно-фазомодулированный сигнал с числом различных фаз, равным 12 и числом различных амплитуд, равным 3.

16. Квантование кодирование и декодирование в цифровых РСП. Достоинства и недостатки цифровой манипуляции.

Достоинства:

-высокая устойчивость связи в реальных условиях эксплуатации, благодаря использованию помехоустойчивого кодирования;

-возможность выделения на ПРС требуемого числа каналов телефонии без снижения качества связи;

-высокая эффективность контроля и управления;

-компактность и малогабаритность систем с возможностью их

размещения вблизи антенн без использования волнового тракта;

-быстрая организация связи при аварийных ситуациях и бедствиях;

-быстрая установка и демонтаж оборудования с возможностью его повторного использования;

-экономическая эффективность при организации связи на участках со сложным рельефом местности.

Недостатки:

-требуется более широкая полоса ВЧ тракта для организации одинакового числа каналов в сети;

-необходимость цифрового сжатия видеосигналов при передаче сигналов телевидения.

17.Структурные схемы приёмника и передатчика радиоствола. Основные параметры прм и прд.

Передатчик предназначен для формирования высокочастотного колебания с заданными мощностью, номинальной частотой и модуляцией этого колебания информационными сигналами основной полосы.

Передатчик радиоствола состоит из преобразователя частоты, в который входят мощный усилитель промежуточной частоты МУПЧ (рис.5.1), смеситель СмПд и ге теродин ГтПд передатчика, полосовой фильтр ПФ сверхвысокой частоты и усилите ль сигнала СВЧ. Модулированный сигнал ПЧ после усиления в МУПЧсмешиваетс я в СмПд с высокостабильным колебанием ГтПд, на выходе СмПд в ПФ выделяется сигнал счастотой передачи fПд. Затем мощность этого сигнала усиливается в УСВЧ до требуемого значения.

Приемное устройство предназначено для приема высокочастотного колебания и демодуляции его с целью выделения информационных сигналов.

Приемник радиоствола, схема которого дана на рис.5.2, состоит из малошумящ его усилителя МШУ сигнала СВЧ, полосового фильтра, преобразователя частоты, в который входят смеситель СмПм и гетеродин ГтПм приемника, и усилителя сигн ала ПЧ УПЧ. Сигнал ПЧ образуется смешиванием сигнала с частотой fПм с высоко стабильным колебанием ГтПм.

В тракте ПЧ гетеродинного приемопередатчика осуществляются следующие ос новные функции: автоматическая регулировка усиления, компенсирующая изменен ия уровня принимаемого сигнала в среде распространения радиоволн; корректиров ание искажений частотных характеристик передачи, вносимых различными элемен тами тракта ПЧ и СВЧ; амплитудное ограничение ЧМ сигнала (только в РСП с ЧРК).

18. Структурная схема промежуточной ретрансляционной станции.

по основной полосе частот (а–а´); по промежуточной частоте (б–б´); по высокой частоте (в–в´)

Промежуточные ретрансляционные станции. На ПРС сигналы, принимаемые от соседних станций, усиливаются для компенсации ослабления в среде распространения радиоволн и излучаются в направлении следующей станции, т.е. ретранслируются. Можно постро ить три типа ПРС в

зависимости от ретрансляции (рис.5. 3) по основной полосе частот (а–

а´); по промежуточной частоте (бб´); по высокой частоте (вв´) (на структурной схеме рис.5.3 эле менты Пм и Пд, не играющие роли в пояснении принципа действия, опущены).Наибольшее прим енение для оснащения ПРС нашлигетеродинные ретрансляторы. Схема такого ретранслятора пол учается на рис.5.3 при соединении точек б и б´. Сигнал в нем ретранслируется по промежуточной частоте. Благодаря отсутствию модема в ретрансляторе сводятся к минимуму искажения сигнала ОП, вносимые оборудованием ПРС. В гетеродинном ре

трансляторе нелинейные искажения сигнала ОП обусловлены главным образом неравномерность ю частотных характеристик линейных цепей приемопередатчика (эти характеристики корректиру ются обычно в тракте ПЧ) и антенно­фидерного тракта. Принимаемый сигнал обрабатывается в Пм и с выхода ПЧ (точка б) подается на выход ПЧ передатчика для преобразования частоты и пе редачи сигнала СВЧ в направлении следующей станции. Отличительной особенностью гетероди нного ретранслятора является наличие в нем двух преобразователей частоты с двумя различными по частоте источниками высокостабильных колебаний, гетеродинами. Частоты гетеродинов при емника ГтПм и передатчика ГтПд различаются так же, как и частоты приема fПм и передатчика f Пд. Разница между ними |fПд­fПм| определяется планом частот и одинакова для всех радиоствол ов одной РСП. В гетеродинных ретрансляторах используются два метода стабильности частот Гт Пм и ГтПд. Первый метод характеризуется тем, что гетеродины имеют независимые системы ста билизации частоты (раздельные гетеродины на приеме и передаче). При этом уход частоты ретра нслируемого сигнала определяется нестабильностью двух гетеродинов, что накладывает повыше нные требования на степень стабилизации частоты каждого из них. Второй метод отличается тем , что стабилизируется только разностная частота |fПд­ fПм|, называемая частотой сдвига, которая значитель­но ниже частоты гетеродина. Например, в РРСП диапазонов 4, 6 и 8 ГГц она составля ет 266 МГц. При выполнении тех же технических требований на стабильность частоты ретранслируемого сигнала реализация второго метода более проста в схемотехнике, обладает меньшим энергопотреблением. Однако такой метод не может б

ыть использован на ОРС и УРС, где лучше подходит первый метод стабилизации. Третьим типом ПРС является ретранслятор прямого усиления (его схема получается на рис.5.3 при соединении точек в и в´). Сигнал усиливается и обрабатывается непосредственно по высокой частоте. Необхо димым элементом такого ретранслятора является преобразователь частоты (смеситель сдвига См Сдв), с помощью которого частота приема fПм «сдвигается» на требуемое значение |fПд­ fПм|. Э то делается для предотвращения самовозбуждения тракта усиления ретранслируемого сигнала, к оторое может произойти, если излучаемый по линии сигнал с частотой fПд попадает на вход при емника данной ПРС. Принимаемый сигнал частоты fПм усиливается в УСВЧ­Пм, здесь же осуще ствляется АРУ и корректируются характеристики тракта СВЧ. Затем сигнал поступает на СмСдв, на входе которого в ПФ выделяется сигнал с частотой fПд, а затем уровеньсигнала доводится до требуемого значения в УСВЧ­Пд. Ретрансляторы прямого усиления применяются в некоторых типах бортовых ретрансляторов ССП.

19. Структурная схема оконечной аппаратуры телефонного ствола.

Телефонный ствол. Рассмотрим подробно структурную схему оконечной аппаратуры телефонного ствола ОАТФ системы передачи (рис.5.6) . Эта аппаратура включает модулятор, демодулятор и аппаратуру основной полосы. На входы передающей части аппаратуры основной полосы поступают следующие сигналы: сигнал линейного тракта (многоканальная телефония) на коаксиальный вход ТФ; сигнал дополнительной полосы частот (например, полоса 60 ...

252кГц) на симметричный вход; вспомогательные сигналы — служебных каналов СК, телесигнализации и телеуправления ТС, системы АРзС. Сигнал линейного тракта после прохождения через установочный аттенюаторАтт 1, ФНЧ и усилитель основной полосы УОП 1 п

одаетсяна предыскажающийконтур ПсК, в котором составляющие спектра этого сигнала изменя ются в соответствии с АЧХ, рекомендованной МККР (рис. 5.7). Затем предыскаженный сигнал л инейного тракта объединяется на вилке фильтров ДК 280 (средняя частота переходной полосы ф ильтров равна 280 кГц) со вспомогательными и дополнительными сигналами, в сигнал основной полосы вводится колебание от генератора пилот­сигнала ГПС. Результирующий сигнал основной полосы усиливается в УОП, фильтруется в ФНЧ и подается на частотный модулятор ЧМд,на вы ходе которого образуется колебание промежуточной частоты. Сигнал ПЧ поступает далее на вхо д передающей части АРзС.На вход приемной части ОАТФ поступает сигнал ПЧ от АРзС. Этот с игнал демодулируется в частотном демодуляторе ЧДм, и сигнал ОП подается на УОП. Затемон р азделяется на составляющие с помощью вилок фильтров ДК 280 и ДК 55 (разделение ополнитель ных и вспомогательных сигналов).

Сигнал многоканальной телефонии подается на восстанавливающий контур ВсК, АЧХ котор ого описывается функцией обратной предыскажающему контуру. Таким образом, результирующ ая АЧХ тракта модема становится равномерной в основной полосе частот.

20.Структурная схема оконечной аппаратуры телевизионного ствола
Телевизионный ствол. Наиболее	распространенный		способ	передачи	сигналов
вещательного телевидения (сигнал изображения и					сигнал
звукового сопровождения, а также сигналы звукового вещания) с частотным
разделением сигналов. При этом	сигнал звукового	сопровождения, а также			сигналы

звукового вещания передаются методом ЧМ на поднесущих частотах, располагаемых выше

спектра сигнала изображения. Сигнал основной полосы частот,			состоящий из		указанных
сигналов, модулирует по частоте несущее колебание, передаваемое в РСП.
На приемной стороне ЧМ	колебание	демодулируется		для	выделения

сигнала изображения и	вторично демодулируется для выделения сигналов	звукового
вещания и звукового сопровождения.

Структурная схема ОА телевизионного ствола (рис.5.9)

Полный цветовой ТВ сигнал с соединительной линии, например, от источника программы, п оступает на передающую часть ОАТВ­Пд и подвергается следующей обработке: спектр сигнала изменяется в ПсК, фильтруется в ФНЧ1 с полосой пропускания 6 МГц. Тракт передачи корректи руется в корректоре группового времена запаздывания КГВЗ.

Сигналы звукового сопровождения телевидения и радиовещания поступают на соответствую

щие входы (обычно 1 … 4), усиливаются в УНЧ и			подводятся	к частотным модуляторам
поднесущих	звука. Номинальные	частоты	поднесущих	звука располагаются выше
спектра сигнала	изображения (на частотах 7… 9 МГц).Сигналы поднесущих складываются в
устройстве сложения СлП, подвергаются усилению				и фильтрации. Сигнал

ОП образуется из сигнала изображения, ЧМ сигналов поднесущих звукового сопровождения и п илот­сигнала. Частота пилот­сигнала выбирается обычно равной 9,023 МГц. Сигнал ОП усиливае тся в УОП, фильтруется в ФНЧ и подается на ЧМд. В приемной части ОАТВ­Пм осуществляютс я обратные преобразования сигнала ПЧ в сигнал ОП, а затем производится необходимое разделе ние сигналов. Основными элементами оконечной аппаратуры являются: частотные демодулятор ы и усилители основной полосы.