Копия Шпора

Назовите типы систем с расширенным спектром Самый распространенный тип системы с расширенным спектром, обозначаемый в литературе DSSS (расширение спектра методом прямой последовательности, англ. Direct Sequence Spread Spectrum). В системе DSSS спектр цифрового информационного сигнала расширяется путем прямого умножения на псевдослучайную последовательность. Оптимальным для приема сигналов, искаженных белым гауссовым шумом, является корреляционный приемник. Он перемножает искаженный принятый сигнал с известным, синхронизированным по отношению к принятому, опорным сигналом. Опорный – псевдослучайный сигнал, используемый в передатчике для представления информационных битов. Двоичные информационные сигналы имеют биполярное представление, т.е. поляризация псевдослучайной последовательности (ПСП) информационными битами эквивалентна умножению этой последовательности на -1 или +1. На основании выше изложенной можно сделать вывод о том, что ПСП рассматривается в качестве элементарного сигнала, характеризующего один информационный бит, в то время как та же самая последовательность с обратной полярностью представляет собой логическое отрицание бита. Эффект расширения спектра возможен и тогда, когда период псевдослучайной последовательности превышает длительность одного информационного бита. Система DS-SS представляет собой альтернативу системам с узкополосным каналом. Если свойства канала изменяются во времени, то может оказаться достаточно сложно обеспечить синхронный прием и, особенно, реализовать восстановление синхронизации с точностью до доли кодового импульса. В этом случае в системах с расширением спектра используются так называемые скачки частоты. При системе со скачкообразным изменением частоты (англ. Frequency Hopping Spreaс Spectrum – FH-SS) биты данных, которые дополнительно могут кодироваться с упреждающей коррекцией ошибок (FEC), воздействуют на выход модулятора частотной манипуляции (FSK). FSK-сигнал сдвигается по частоте на интервал, определяемый псевдослучайным генератором, который управляет синтезатором частот. Если синтезатор может сгенерировать 2m-1 различных частот, то выходная частота определяется m последовательными битами генератора ПСП. Третий тип – системы расширения спектра с (псевдослучайной) перестройкой во времени (англ. Time Hopping Spread Spectrum, TH-SS). В такой системе период передачи информационного бита разделен на М_Т тактов (временных слотов). Генератор ПСП определяет номер временного слота для передачи информационного сигнала. Характерной чертой такой системы является ее пакетная природа. Сигнал передается в течение 1/М_Т-й части периода передачи информации. Обычно значение М_Т примерно равно 1000. Однако такое количество тактов создает серьезные проблемы с синхронизацией, решить которые намного сложнее, чем проблемы с синхронизацией в системе DS-SS. Для обеспечения равномерной передачи информации по системе TH-SS передатчик и приемник должны быть оснащены буферами памяти. Наибольшее практическое значение имеют системы DS-SS и FH-SS.

Наиболее распространенные способы построения беспроводных локальных сетей Беспроводные локальные сети — это технология, позволяющая создавать вычислительные сети, полностью соответствующие стандартам для обычных проводных сетей (например, Ethernet), без использования кабельной проводки. В качестве носителя информации в таких сетях выступают радиоволны СВЧ-диапазона. Wireless LAN (англ. Wireless Local Area Network; WLAN) — беспроводная локальная вычислительная сеть. При таком способе построения сетей передача данных осуществляется через радиоэфир, объединение устройств в сеть происходит без использования кабельных соединений. Наиболее распространенными на сегодняшний день способами построения являются Wi-Fi и WiMAX.

Нелинейные системы. Нелинейная система — динамическая система, в которой протекают процессы, описываемые нелинейными дифференциальными уравнениями. Свойства и характеристики нелинейных систем зависят от их состояния. В отличие от линейной системы не обладает свойствами суперпозиции, частота выходного сигнала зависит от его амплитуды и др. Многие нелинейные системы в области малых изменений параметров поддаются линеаризации. Линеаризация — (от лат. linearis — линейный), один из методов приближённого представления замкнутых нелинейных систем, при котором исследование нелинейной системы заменяется анализом линейной системы, в некотором смысле эквивалентной исходной. Методы линеаризации имеют ограниченный характер, т. е. эквивалентность исходной нелинейной системы и её линейного приближения сохраняется лишь для ограниченных пространственных или временных масштабов системы, либо для определенных процессов, причём, если система переходит с одного режима работы на другой, следует изменить и её линеаризированную модель. Применяя линеаризацию, можно выяснить многие качественные и особенно количественные свойства нелинейной системы.

Обобщенная характеристика канала связи. Каналом связи называется совокупность средств, обеспечивающих передачу сигнала. Канал связи можно характеризовать так же, как и сигнал, тремя параметрами: временем Тк, в течение которого по каналу возможна передача, динамическим диапазоном Dk полосой пропускания канала Fk. Под динамиче­ским диапазоном канала понимают отношение допустимой мощности переда­ваемого сигнала к мощности неизбежно присутствующей в канале помехи, вы­раженное в децибелах. Обобщённой характеристикой канала является его ёмкость (объём) Vk = Tk Fk Dk Необходимым условием неискаженной передачи по каналу сигналов с объемом Vc, очевидно, должно быть Vc<Vk. При этом условиях объём сигнала полностью "вписывается" в объем канала.

Обратная связь и ее влияние на характеристики устройства. Принцип, назначение и виды обратной связи (ОС). Основные способы ее обеспечения. Обратная связь находит широкое применение в разнообразных АЭУ. В усилительных устройствах введение ОС призвано улучшить ряд основных показателей или придать новые специфические свойства. Обратной связью называется передача части (или всей) энергии сигнала с выхода на вход устройства. Сниматься сигнал ОС может с выхода всего устройства или с какого-либо промежуточного каскада. ОС, охватывающую один каскад, принято называть местной, а охватывающую несколько каскадов или весь многокаскадное устройство– общей. Основное применение находит отрицательная обратная сввязь. Она позволяет повысить стабильность работы усилителей, а также улучшить другие важные параметры и характеристики. ООС классифицируется в зависимости от способов подачи сигналов ООС во входную цепь усилителя и снятия их с выхода усилителя. Если во входной цепи вычитается ток ОС из тока входного сигнала, то такую ООС называют параллельной (т.к. выход цепи ООС подключен параллельно входу усилителя). Если же во входной цепи вычитаются напряжения входного сигнала и сигнала обратной связи, то такую ООС называют последовательной (т.к. выход цепи ООС подключен последовательно входу усилителя).

Объяснить принцип МДЧР и МДВР. В системах радиосвязи (беспроводной связи) широко используются самые различные технологии организа­ции множественного (многоканального) доступа, в частности, следующие: FDMA (Frequency Division Multiple Access) - множественный доступ с частотным разде­лением, при этом выделенный для определенной системы спектр делится на полосы частот, в которых осуществляется передача канальной информации от разных абонентов; TDMA (Time Division Multiple Access) - множественный доступ с временным разделени­ем, при этом выделенная полоса частот предоставляется для передачи канальной информа­ции на определенный короткий промежуток времени, в следующий промежуток времени осу­ществляется передача информации от другого абонента;

Операционные усилители. Применение ОС для создания устройств аналоговой обработки сигналов. Устойчивость усилителей на ОУ. Цепи коррекции ОУ. Операционный усилитель— усилитель постоянного тока с дифференциальным входом и, как правило, единственным выходом, имеющий высокий коэффициент усиления. ОУ почти всегда используются в схемах с глубокой отрицательной обратной связью, которая, благодаря высокому коэффициенту усиления ОУ, полностью определяет коэффициент передачи полученной схемы. Под коррекцией частотных характеристик будем понимать изменение ЛАЧХ и ЛФЧХ для получения от устройств на ОУ необходимых свойств и, прежде всего, обеспечение устойчивой работы. ОУ обычно используется с цепями ООС, однако при некоторых условиях, из-за дополнительных фазовых сдвигов частотных составляющих сигнала, ООС может превратится в ПОС и усилитель потеряет устойчивость. Поскольку ООС очень глубокая (βK_U>>1), то особенно важно обеспечить фазовый сдвиг между входным и выходным сигналом, гарантирующий отсутствие возбуждения.

Операционные усилители. Классификация операционных усилителей (ОУ). Основные параметры и характеристики. Операционный усилитель— усилитель постоянного тока с дифференциальным входом и, как правило, единственным выходом, имеющий высокий коэффициент усиления. ОУ почти всегда используются в схемах с глубокой отрицательной обратной связью, которая, благодаря высокому коэффициенту усиления ОУ, полностью определяет коэффициент передачи полученной схемы. По технологии изготовления: Монолитные ОУ и гибридные ОУ. Монолитные — все элементы выполняются на одном кристалле. Гибридные — необходимо было изготавливать высокоточные пассивные элементы. Используется несколько готовых ОУ и иногда встроенные буферные источники питания. По схемотехническому исполнению различают ОУ прямого усиления и ОУ со структурой модулятор-демодулятор (МДМ). По назначению. Существует 4 типа усилителей; 1) Общего применения. Без повышенных требований к каким либо параметрам. 2) Прецизионные (высокоточные). Пониженный дрейф, высокая стабильность усиления с разомкнутой ОС и, как следствие, ограниченный диапазон частот. 3) Быстродействующие (высокоскоростные). Могут усиливать сигнал до 10 МГц, но имеют худшую стабильность. 4) Микромощные. Имеют особенности в схемотехники, которые позволяют их использовать при напряжении питания от +-1,5 до +-15, причем настройка усилителя не требуется. Кроме того, они потребляют малую энергию. Коэффициент усиления К равен отношению приращения выходного напряжения (тока) к вызвавшему это приращение входному напряжению (току) при отсутствии обратной связи (ОС). Важнейшими характеристиками ОУ являются амплитудные (передаточные) характеристики. Их представляют в виде двух кривых, относящихся соответственно к инвертирующему и неинвертирующему входам. Характеристики снимают при подаче сигнала на один из входов при нулевом сигнале на другом. Каждая из кривых состоит из горизонтального и наклонного участков.

Определение аналоговых электронных устройств. Принципы построения, особенности функционирования и область применения. Аналоговые электронные устройства (АЭУ) - это устройства усиления и обработки аналоговых электрических сигналов, выполненные на основе электронных приборов. Аналоговый сигнал представляет собой непрерывную функцию, с неограниченным числом значений в различные моменты времени. Наиболее часто встречающимся аналоговым сигналом являются звуки нашей речи, которые на осциллограммах имеют различные, причудливые формы. Аналоговые сигналы изменяются по тому же закону, что и описываемые им физические процессы. Преобразователи электрических сигналов (активные устройства аналоговой обработки сигналов) - выполняются на базе усилителей, либо путем непосредственного применения последних со специальными цепями обратных связей, либо путем некоторого их видоизменения. Сюда относят устройства суммирования, вычитания, логарифмирования, антилогарифмирования, фильтрации, детектирования, перемножения, деления, сравнения и др. Преобразователи сопротивлений - выполняются на основе усилителей с обратными связями. Они могут преобразовывать величину, тип, характер сопротивления. Используют их в некоторых устройствах обработки сигналов. Особый класс составляют всевозможные генераторы и связанные с ними устройства

Определение интегральной микросхемы. Элемент и компонент. Плотность упаковки. Критерий сложности микросхемы. Интегральной микросхемой (ИМС)называют миниатюрное электронное устройство, выполняющее определенные функции преобразования и обработки сигналов и содержащее большое число активных и пассивных элементов (от нескольких сотен до нескольких десятков тысяч) в сравнительно небольшом корпусе. Часто под интегральной схемой (ИС) понимают собственно кристалл или плёнку с электронной схемой, а под микросхемой (МС) — ИС, заключённую в корпус. Составной элемент не может быть отделен от ИМС как самостоятельное изделие. Компонент интегральной микросхемы — часть ИМС, выполняющая функцию какого-либо электронного элемента, которая до монтажа в ИМС была самостоятельным комплектующим изделием. Компонент может быть отделен от изготовленной ИМС (например керамический конденсатор, бескорпусный транзистор). Корпус интегральной микросхемы, предназначен для защиты от внешних воздействий и соединения ее с внешними электрическими цепями посредством выводов. Подложка ИМС предназначается для нанесения на нее элементов гибридных и пленочных ИМС, межэлементных и межкомпонентные соединений, а также контактных площадок. Плата интегральной микросхемы является частью подложки или - всей подложкой гибридной или пленочной ИМС, на поверхность которой нанесены пленочные элементы ИМС, межэлементные и межкомпонентные соединения и контактные площадки. Контакты площадки представляют собой металлизированные участки на плате, подложке или кристалле ИМС, предназначенные для присоединения выводных тактов, а также контроля электрических параметров и режимов ИМС. В состав гибридной ИМС, кроме элементов, неразрывно связанных с поверхностью подложки, входят простые и сложные компоненты (например, кристаллы полупроводниковых ИМС). Гибридные ИМС изготавливаются по тонко- или толстостеночной технологии с применением бескорпусных полупроподниковых приборов и керамических конденсаторов. Сложность интегральной схемы характеризуется степенью интеграции. Интегральные схемы, насчитывающие более 100 элементов, называются микросхемами с малой степенью интеграции; схемы, содержащие до 1000 элементов, — интегральными схемами со средней степенью интеграции, схемы, включающие до десятка тысяч элементов, — большими интегральными схемами. В настоящее время изготавливаются схемы, содержащие до миллиона элементов - сверхбольшими ИМС. С каждым годом схемы становятся все более миниатюрными и соответственно все более сложными. Множество электронных устройств, имевших раньше большие габариты, умещаются теперь на крошечной кремниевой пластинке, что послужило грандиозному прорыву микроэлектроники в сферу вычислительной техники.

Определение понятий: синхронизация поэлементная, групповая и цикловая синхронизация. Синхронизация переданного и принятого дискретных сигналов, при которой устанавливаются и поддерживаются требуемые временные соотношения между значащими моментами переданных и принятых элементов этих сигналов, называется поэлементной. Задача правильного отделения одной кодовой комбинации от другой решается методами групповой синхронизации, которая позволяет устанавливать и поддерживать требуемые фазовые соотношения между ЗМ начал переданных и принятых групп единичных элементов. Заметим, что здесь под группами понимаются последовательности элементов, составляющих кодовую комбинацию.

Оптическая беспроводная связь, ее особенности. Беспроводные оптические линии связи используют спектральный диапазон лазерного инфракрасного излучения (как правило, от 400 до 1400 нм). Этот участок спектра соответствует так называемому "окну прозрачности" атмосферы, благодаря чему поглощение излучаемого сигнала атмосферными газами пренебрежимо мало. Предельные скорости передачи информации по инфракрасному каналу не превышают 5-10 Мбит/с. Инфракрасные каналы делятся на две группы: - каналы прямой видимости, в которых связь осуществляется на лучах, идущих непосредственно от передатчика к приемнику. При этом связь возможно только при отсутствии препятствий между компьютерами сети. (протяженность канала прямой видимости может достигать нескольких километров); - каналы на рассеянном излучении, которые работают на сигналах, отраженных от стен, потолка, пола и других препятствий (препятствия в данном случае не страшны, но связь может осуществляться только в пределах одного помещения).

Основные методы модуляции. Общий принцип модуляции состоит в изменении одного или нескольких параметров несущего колебания (переносчика) в соответствии с передаваемым сообщением. Так, например, если в качестве переносчика выбрано гармоническое колебание, то можно образовать три вида модуляции: амплитудную (АМ), частотную (ЧМ) и фазовую (ФМ). Если переносчиком является периодическая последовательность импульсов , то при заданной форме импульсов можно образовать четыре основных вида импульсной модуляции: амплитудно-импульсную (АИМ), широтно-импульсную (ШИМ), время-импульсную (ФИМ) и частотно-импульсную (ЧИМ). Применение радиоимпульсов позволяет получить еще два вида модуляции: по частоте и по фазе высокочастотного заполнения. Длительность посылки первичного сигнала b_ц(t) при дискретной передаче определяет скорость передачи посылок (техническую скорость или скорость модуляции). Эта скорость v выражается числом посылок, передаваемых за еди­ницу времени. Измеряется техническая скорость в Бодах. Один Бод - это ско­рость, при которой за 1 с передаётся одна посылка. Если длительность посылки Т выражена в секундах, то скорость модуляции v = 1/ Т в Бодах.

Основные параметры гармонического колебания подвергающиеся модуляции. Гармоническими колебаниями называются такие колебания, при которых колеблющаяся величина меняется от времени по закону синуса или косинуса. X(t) = A·cos(ɷt +φ), (9.1) где х — смещение (отклонение) колеблющейся точки от положения равновесия в момент времени t; А — амплитуда колебаний, это величина, определяющая максимальное отклонение колеблющейся точки от положения равновесия; ω — циклическая частота, величина, показывающая число полных колебаний происходящих в течение 2π секунд; (ɷt +φ)— полная фаза колебаний, φ — начальная фаза колебаний. Постоянные величины А, ω, φ входящие в уравнение (9.1), называются параметрами колебания. Амплиту́дная модуляция — вид модуляции, при которой изменяемым параметром несущего сигнала является его амплитуда. Частотная модуляция (ЧМ) — вид аналоговой модуляции, при котором информационный сигнал управляет частотой несущего колебания. По сравнению с амплитудной модуляцией здесь амплитуда остаётся постоянной. Фазовая модуляция — один из видов модуляции колебаний, при которой фаза несущего колебания управляется информационным сигналом.

Основные технические параметры усилительных устройств: коэффициенты усиления; полоса пропускания; динамический диапазон; линейные и нелинейные искажения; входные и выходные параметры; согласование усилителя с источником сигналов и нагрузкой. Технические показатели УУ представляют собой количественную оценку его свойств. К техническим показателям относятся (рис.2.1): входное сопротивление . Чаще всего носит емкостной характер; ¨ выходное сопротивление . Чаще всего носит так же емкостной характер; ¨Коэффициенты передачи· по напряжению Искажения - это отклонения формы выходного сигнала от формы входного. Динамическим диапазоном входного сигнала усилителя называют отношение (при заданном уровне нелинейных искажений) к (при заданном отношении сигнал/шум на входе). Нелинейные искажения (искажения формы выходного сигнала) вызываются нелинейностью характеристик усилительных элементов.

Основные технические характеристики усилительных устройств: амплитудная, амплитудно-частотная (АЧХ), фазочастотная (ФЧХ) и переходная характеристики. Амплитудная характеристика усилителя выражает зависимость выходного напряжения от входного. Амплитудная характеристика усилителя представляет собой зависимость установившегося значения выходного напряжения от входного. В рабочей области входных напряжений она обычно прямолинейна, а при входных напряжениях, превышающих расчетные, искривляется из-за перегрузки усилительных элементов. График Амплитудно-частотной характеристики показывает баланс громкости частот. Если мы будем производить синус конкретной частоты и фиксировать уровень сигнала на выходе, то перебрав частоты с 20 Гц по 20 кГц - получим исходный график АЧХ. Как правило, АЧХ усилителей представляет собой прямую, в редких случаях можно наблюдать подъем или спад в конкретной области частот. Зависимость сдвига по фазе между выходным и входным параметрами усилителя от частоты называется фазочастотной характеристикой (ФЧХ) усилителя. Это зависимость аргумента φ комплексного коэффициента усиления от частоты. Только в небольшой полосе частотного диапазона, где ФЧХ линейна, не происходит искажения формы усиливаемого сигнала. На остальных участках частотного диапазона реальная ФЧХ нелинейная, время запаздывания отдельных составляющих сигнала различное, в результате форма выходного сигнала отличается от формы входного сигнала. Практически переходную характеристику усилителя можно получить, подавая на вход периодическое напряжение прямоугольной формы. Зависимость выходного напряжения (тока) от времени при скачкообразном (ступенчатом) воздействии входного напряжения (тока) Uвых.(t) = Uвх.(t)K называется переходной характеристикой (ПХ) усилителя. Этой характеристикой определяется процесс перехода усилителя из одного состояния в другое. Аналитическое выражение ПХ при скачкообразном изменении входного параметра называется переходной функцией, она обозначается h(f).

Основные характеристики системы связи. Совокупность технических средств для пере­дачи сообщений от источника к потребителю называется системой связи. Эти­ми средствами являются передающее устройство, линия связи и приёмное уст­ройство. Иногда в понятие система связи включается источник и потребитель сообщений. Внедрение высокоэффективных ЭВМ привело к необходимости быстрого развития систем передачи данных, обеспечивающих обмен информацией между вычислительными средствами и объектами автоматизированных систем управления. Каналом связи называется совокупность средств, обеспечивающих передачу сигнала. Канал связи можно характеризовать так же, как и сигнал, тремя параметрами: временем Тк, в течение которого по каналу возможна передача, динамическим диапазоном Dk полосой пропускания канала Fk. Под динамиче­ским диапазоном канала понимают отношение допустимой мощности переда­ваемого сигнала к мощности неизбежно присутствующей в канале помехи, вы­раженное в децибелах. Источником сообщений и получателем в одних системах связи может быть человек, в других - различного рода устройства (автомат, вычислительная машина и т.д.). Устройство, преобразующее сообщение в сигнал, называют передающим, а устройство, преобразующее принятый сигнал в сообщение, — приёмным. В теле­фонии, например, эта операция сводится к превращению акустических колеба­ний в пропорционально изменяющееся электрическое напряжение на выходе микрофона. В передатчике первичный сигнал b(t} (обычно низкочастотный) превращается во вторичный (высокочастотный) сигнал u(t), пригодный для пе­редачи по используемому каналу. Это осуществляется посредством модуляции. Линией связи называется физическая среда и совокупность аппаратных средств, используемых для передачи сигналов от передатчика к приёмнику.

Основные цифровые коды в цифровой связи. NRZ - Для передачи единиц и нулей используются два устойчиво различаемых потенциала: NRZ (прямой): биты 0 представляются нулевым напряжением 0 (В); биты 1 представляются значением U (В). NRZ (перевёрнутый): биты 0 представляются значением U (В); биты 1 представляются нулевым напряжением 0 (В). NRZI - При передаче последовательности единиц, сигнал, в отличие от других методов кодирования, не возвращается к нулю в течение такта. То есть смена сигнала происходит при передаче единицы, а передача нуля не приводит к изменению напряжения. При манчестерском кодировании каждый такт делится на две части. Информация кодируется перепадами потенциала в середине каждого такта. Единица кодируется перепадом от низкого уровня сигнала к высокому, а ноль — обратным перепадом. Биполярный код AMI использует следующие представления битов: биты 0 представляются нулевым напряжением (0 В); биты 1 представляются поочерёдно значениями -U или +U (В). Потенциальный код 2B1Q - передает пару бит за один битовый интервал. Каждой возможной паре в соответствие ставится свой уровень из четырех возможных уровней потенциала. Паре 00 соответствует потенциал −1, 01 соответствует −0.5, 11 — +0.5, 10 — +1. MLT-3 Multi Level Transmission — 3 (многоуровневая передача) — метод кодирования, использующий три уровня сигнала. Метод основывается на циклическом переключении уровней -U, 0, +U. Единице соответствует переход с одного уровня сигнала на следующий. Так же как и в методе NRZI при передаче «нуля» сигнал не меняется.

Особенности передачи цифровых сигналов по каналам с ограниченной полосой пропускания. в любой системе цифровой связи эффективность использования полосы частот возрастает при увеличении произведения WT_b. Следовательно, в системах с ограниченной полосой пропускания часто применяются сигналы с малыми значениями произведения WT_b. Например, в системе GSM (Global System for Mobile — глобальная система мобильной связи) используется гауссова манипуляция с минимальным сдвигом (Gaussian minimum shift keying — GMSK), в которой произведе­ние WT_b равно 0,3 Гц/бит/с, где W — ширина полосы частот по уровню 3 дБ. При использовании системы с ограниченной полосой пропускания без кодирования целью является получение максимально возможного объема переданной информации в заданной полосе пропускания за счет E_b/N₀ (сохраняя при этом определенное значение Р_B). (5.2) Здесь T_s — время передачи символа, a R_s — скорость передачи символов. Фильтрация по Найквисту дает минимальную полосу пропускания, при которой существует нулевая межсимвольная интерференция; такая идеальная фильтрация определяет минимальную ширину полосы по Найквисту. Следует отметить, что при неортогональной передаче сигналов (например, MPSK или MQAM) полоса пропускания зависит не от плотности точек сигналов в группе, а только от скорости передачи сигналов. При передаче вектора сигнала система не различает, пришел ли этот сигнал из разреженного или уплотненного алфавита. Это и является свойством неортогональных сигналов, которое позволяет уплотнить пространство сигналов и, таким образом, повысить эффективность использования полосы частот за счет мощности передатчика.