Методические указан. к КТР по ТОАТ Соколов

4Поэлементный прием, при котором приемник выносит решение о каждом передаваемом сигнале S1(t) и S0(t) ( символе 1 или 0).

5Прием в целом. Этот метод характеризуется принятием решения приемником о номере передаваемого сообщения после приема всего сигнала. Этот способ реализуется схемой с использованием согласованных фильтров.

При приеме двоичных радиосигналов основную фильтрацию этих сигналов от помех осуществляют квазиоптимальные полосовые фильтры.

Оптимальные полосовые фильтры обеспечивают максимальное отношение мощности сигнала к мощности помехи (Рс/Рξ)max. Для этого полоса пропускания таких фильтров выбирается из расчета Δfф = 2/τи.

Для флуктуационных помех, представляющих собой белый гауссовский шум, мощность помехи определяется по формуле

Рξ = Nξ * Δfс,

(4.4)

Где Δfс – полоса частот, занимаемая сигналом;

Nξ – спектральная плотность мощности помехи, которая для белого шума является величиной постоянной Nξ = const.

Поэтому из (1) видно, что с увеличением полосы частот увеличивается мощность помехи.

Реально используются квазиоптимальные фильтры, в которых полоса пропускания частот выбирается равной

Δfф ≈ 1,85/τи .

За счет этого будет уменьшаться мощность помехи в большей мере, чем мощность полезного сигнала. При этом отношение Рс/Рξ остаётся близким к максимальному значению.

4.2 Прием двоичных радиосигналов с амплитудной манипуляцией

Структурная схема демодулятора имеет вид:

Рис. 4.1. Структурная схема демодулятора двоичных радиосигналов с АМн

На схеме рис.4.1 показаны: АД – амплитудный детектор, представляющий собой двухполупериодный выпрямитель радиоимпульсов; Uпор – пороговое значение напряжения (Uпор ≈ (0,7 – 0,8)Uад ном).

Компаратор –это устройство сравнения двух напряжений.

Рис. 4.2. Временные диаграммы при демодуляции сигналов с АМн

Огибающая выпрямленного радиоимпульса в АД представляет собой прямоугольный импульс.

4.3 Прием двоичных радиосигналов с частотной манипуляцией ЧМн

Демодулятор радиосигналов с ЧМн состоит из двух каналов приема и обработки сигналов. Каждый из каналов включает полосовой фильтр (ПФ1 и ПФ2), амплитудный детектор (АД1 и АД2), компаратор (Комп.1 и Комп.2).

Структурная схема демодулятора представлена на рис. 4.3, а временные диаграммы, поясняющие принцип работы демодулятора, приведена на рис. 4.4.

к ДКУ

Рис.4.3 Структурная схема демодулятора двоичных радиосигналов с ЧМн

Временные диаграммы сигналов, поясняющие принцип работы данного демодулятора, представлены на рис.4.4.

Рис. 4.4 Временные диаграммы при демодуляции радиосигналов с ЧМн

Полосовые фильтры настраиваются на соответствующие несущие частоты f1 и f0 и пропускают только свои полосы частот f1 и f0. Выделенный радио-

импульс в первом или во втором канале поступает с выхода ПФ на вход АД, который выполняет двухполупериодное выпрямление принятого радиоимпульса, т.е. преобразует его в видеоимпульс положительной полярности.

В компараторе сравниваются амплитуда принятого видеоимпульса с пороговым значением напряжения Uпор. Если амплитуда принятого импульса будет равна или превысит пороговое значение, то на выходе компаратора соответствующего канала появится сигнал высокого уровня (Вых.1 или Вых.0). Далее сформированные сигналы «1» и тактовые импульсы ТИ поступают на входы ДКУ.

Двоичные радиосигналы с АМн и ЧМн принимаются способом некогерентным.

4.4 Прием двоичных радиосигналов с фазовой манипуляцией ФМн

Оптимальным способом приема сигналов с ФМн и ОФМн является когерентный прием, т.к. информация о передаваемых символа (1 и 0) заключена в начальной фазе передаваемых радиоимпульсов. Когерентный прием сигналов с ФМн осуществляется оптимальными схемами демодуляторов, реализуемых на основе корреляторов.

На основе критерия максимального правдоподобия вида
S1
W(Si*/S1) >< W(Si*/S0)	(4.5)

S0

можно вывести алгоритм решения приема таких сигналов, реализованных на корреляторах, который имеет следующий вид:

τи	S1	τи
∫	Si*(t)*S1(t)dt ><	∫ Si*(t)*S0(t)dt,	(4.6)
0	S0	0

где W(Si*/S1) – условная плотность вероятности того, что приемником принимается смесь сигнала и помехи Si*(t) = Si(t) + ξ(t) i=(1, 0), при условии, что передавался в это время сигнал S1;

W(Si*/S0) - условная плотность вероятности того, что приемником принимается связь сигнала и помехи Si*(t) = Si(t) + ξ(t) i=(1, 0), при условии, что передавался в это время сигнал S0;

S1(t) и S0(t) – образцы, передаваемых радиосигналов, вырабатываемых соответствующими генераторами в приемнике.

Интегралы, входящие в выражение (4.6), определяют взаимные энергии соответствующих сигналов ESi* S1 и ESi* S0, выделяемые на единичном сопротивлении за время длительности радиоимпульса τи. Эти взаимные энергии равны

взаимным корреляционным функциям между принимаемым сигналом Si*(t) и опорными сигналами S1(t) и S0(t) при условии, что временной сдвиг τ между принимаемым сигналом и опорным сигналом равен нулю(τ = 0).

Выражение (4.6) характеризует алгоритм оптимального приема двоичных радиосигналов. Поэтому, структурная схема демодулятора двоичных радиосигналов может быть построена следующим образом.

Рис. 4.5 Структурная схема корреляционного демодулятора

радиосигналов с фазовой манипуляцией ФМн

Из неравенства (4.6) видно, что коррелятор должен состоять из двух устройств: перемножителя соответствующих сигналов и интегратора.

Корреляторы вычисляют значения корреляционных интегралов (2). Решающее устройство выносит решение в пользу того или иного передаваемого сигнала (двоичного символа) на основе сравнения значений вычисляемых интегралов в обоих каналах.

При использовании двоичных радиосигналов с ФМн алгоритм оптимального приема и обработки (4.6) можно упростить и построить демодулятор в виде одноканальной схемы. Перенесем интеграл в (4.6) из правой части в левую

τи	S1
∫ Si*(t)*[S1(t) - S0(t)] dt	>< 0 .	(4.7)
0	S0

Так как ФМн сигналы являются противоположными, т.е. S1(t) = - S0(t), и имеют равные энергии, то интеграл (3) можно записать в следующим виде

τи	S1
2 ∫	Si*(t)*S1(t) dt>< 0 .	(4.8)

0

S0

Из (4.8) следует, что можно построить демодулятор в виде одноканальной схемы. Для повышения помехоустойчивости приема вычисляемый в демодуляторе корреляционный интеграл (4.8) должен сравниваться не с нулем, а с двумя значениями пороговых напряжений U+пор и U-пор, т.е. алгоритм приёма примет вид

S1

и			U		(4.9)
	Si	(t) S1(t)dt		ПОР
			U	ПОР
0			S0

Структурная электрическая схема демодулятора, реализующая алгоритм

(4.9), будет иметь следующий вид:

Рис. 4.6 Структурная электрическая схема демодулятора двоичных

радиосигналов с ФМн

S1 (t) = Umcos(ωt+φ1) - опорное напряжение,

где φ1 = 0˚ - начальная фаза, используемая для передачи символа “1”

Принцип работы данного демодулятора поясним на временных диаграммах сигналов.

Перемножение радиоимпульсов, имеющих одинаковые начальные фазы, дает видеоимпульс положительной полярности. Перемножение противофазных радиоимпульсов дает видеоимпульс отрицательной полярности. Интеграторы интегрируют прямоугольные видеоимпульсы. Результатом интегрирования этих видеоимпульсов будет формирование на их выходах линейно-изменяющихся напряжений, которые сравниваются с пороговыми значениями напряжений.

Функциональная схема интегратора приведена на рис. 4.8.

Рис. 4.7. Временные диаграммы при демодуляции радиосигналов с ФМн

Рис. 4.8. Схема интегратора

4.5 Прием двоичных радиосигналов с ОФМн

При использовании сигналов с ФМн в приемнике необходимо обеспечить синхронное опорное колебание, фаза которого должна быть равна нулю. Это создает определенные трудности в обеспечении такой высокой точности синхронизации. Коррелятор называют часто фазовым детектором (ФД).

При использовании сигналов с ОФМн исключается режим обратной работы. При ОФМн генератор опорного сигнала отсутствует, а в качестве опорного сигнала используется радиоимпульс принимаемый в предыдущем такте, т.е. в такте j – 1. Поэтому в перемножителе коррелятора будут перемножаться радиоимпульсы , принимаемые на данном j-такте и в предыдущем j – 1-такте. В остальном схема демодулятора практически ничем не отличается от схемы демодулятора, принимаемого сигналы с ФМн. Структурная электрическая схема такого демодулятора имеет вид (рис. 4.9)

Рис. 4.9. Структурная электрическая схема при демодуляции двоичных

радиосигналов с ОФМн

Линия задержки обеспечивает задержку каждого принимаемого радиоимпульса на время, равное длительности радиоимпульса τри , которая равна длительность передаваемых символов.

При ОФМн возможны искажения только отдельных символов в принимаемом сообщении за счет искажения фазы радиоимпульсов или на данном такте, или в предыдущем такте. Эти искажения двоичных символов далее будут обнаруживаться или обнаруживаться и исправляться в декодирующем устройстве.

Рис. 4.10 Временные диаграммы при демодуляции двоичных радиосигналов с

ОФМн

Разработка структурной электрической схемы одноканальной системы ТУ

Выполняются пятый и шестой пункты задания на КП. Рассмотрим методические рекомендации по выполнению пункта 5.

5 Разработка структурной электрической схемы одноканальной системы ТУ

Структурная электрическая схема системы телеуправления приведена на рис. 5.1.

Эта схема реализует телемеханический способ управления объектами и представляет собой одноканальную систему ТУ, так как она включает аппаратуру, размещаемую на пункте управления (ПУ) и аппаратуру, размещаемую только на одном КП. Реальные системы ТУ являются многоканальными и содержат несколько КП. На ПУ находится оператор (диспетчер), который с помощью органов управления (кнопок) формирует команды ТУ и выдает сигнал на их передачу.

Передатчик системы ТУ служит для формирования двоичных неизбыточных команд, их кодирования избыточным кодом, формирование двоичных радиосигналов и передачу их в линию связи.

Рис. 5.1. Структурная электрическая схема телеуправления