Разработка алгоритмов функционирования коротковолнового радиомодема

---

Страницы:   1   2   3

---

Содержание

• Введение
• Глава 1. Анализ методов многоканальной передачи сообщений по КВ – радиоканалу
• 1.1. Принципы многоканальной передачи сообщений
• 1.2. Распространения радиоволн в КВ – канале
• Глава 2. Расчет параметров информационных сигналов
• 2.1. Выбор вида информационных сигналов
• 2.2. Расчет количества поднесущих частот, длительности элементарных сигналов и защитного интервала
• 2.3. Выбор вида манипуляции для КВ – радиомодема
• Глава 3. Разработка алгоритмов формирования и обработки сигналов
• 3.1. Алгоритм формирования сигнала
• 3.2. Алгоритм демодуляции
• 3.3. Алгоритм тактовой синхронизации
• 3.4. Алгоритм автоматической подстройки частоты
• Глава 4. Разработка структурной схемы устройства
• Заключение
• Список используемых источников

 

Введение

Наше время характеризуется бурным развитием и внедрением в повседневную жизнь разнообразных средств связи, дающих людям возможность круглосуточного общения независимо от их местонахождения. При этом современные телекоммуникационные системы помимо предоставления услуг традиционной телефонной связи позволяют абонентам отправлять и принимать сообщения передачи данных, обмениваться факсимильными и видеоизображениями, проводить аудио- и видеоконференции и реализовывать большое число других коммуникационных потребностей.

Организация информационных потоков и способы их передачи в системах связи за последние время претерпели значительные изменения. Для современных связных систем характерен постоянный рост количества корпоративных и индивидуальных абонентов. Увеличение объема передаваемой ими информации приводит к необходимости использования все большего числа различных каналов радио- и проводной связи. Для обеспечения высокой пропускной способности каналов связи принимаются специальные технические решения, включающие:

• внедрение сложных видов модуляции и кодирования, согласованных с физическими каналами по соотношению «скорость передачи/достоверность»;
• применение систем многоуровневого статического и динамического уплотнения информационных потоков;
• поддержку многоуровневых служб управления с возможностью динамического обмена данными между ними;
• широкое использование различных методов адаптации, позволяющих оптимизировать функционирование системы связи по маршрутам передачи сообщений, несущей частоте сигнала, мощности передатчика, виду модуляции, скорости передачи, способам уплотнения и кодирования и прочее.

Коротковолновая (декаметровая) радиосвязь остается одним из важных способов предоставления услуг связи на обширных пространствах России. Средства связи этого диапазона также не остались в стороне от общего прогресса технологий. Передовые отечественные и зарубежные образцы оборудования показали возможности высокоскоростной передачи речи и данных (до 12800 бит/с в полосе 0,3-3,4 кГц), что ранее считалось труднодостижимым.

Вопреки предсказанному спаду, связанному с введением цифровых сетей, в последние годы значительно расширилась сфера применения, и  увеличился объем выпуска модемов. Такой прогресс в области модемов стал возможен только благодаря тому, что за последнее десятилетие были разработаны новые методы модуляции и цифровой обработки сигналов (адаптивная коррекция, эхокомпенсация, сверточное кодирование и декодирование), введены в модемы коррекция ошибок и сжатие данных, найдены высокоэффективные способы реализации модемов на базе микропроцессоров (МП), цифровых  сигнальных процессоров (ЦСП). В серийном производстве были освоены специализированные БИС для модемов, а также высокопроизводительные ЦСП, что позволило создать более совершенные модемы, имеющие меньшие  габариты, вес, энергопотребление, стоимость и лучшие потребительские характеристики.

В данной работе поставлена задача разработки алгоритмов функционирования высокоскоростного КВ радиомодема. Эта задача весьма актуальна, поскольку эффективные алгоритмы функционирования позволяют увеличить скорость передачи и повысить помехоустойчивость системы передачи данных.

 

Глава 1. Анализ методов многоканальной передачи сообщений по КВ – радиоканалу

1.1. Принципы многоканальной передачи сообщений

Многоканальной системой передачи (МСП) называется совокупность технических средств, обеспечивающих одновременную и независимую передачу однотипных или разнотипных сообщений от N источников к N получателям по одной линии связи (физической среде распространения сигналов электросвязи). Функциональная схема многоканальной системы передач представлена на рисунке 1.

Процесс передачи и приема информации в многоканальной системе радиосвязи протекает следующим образом. Канальные сообщения
r_k1(t), r_k2(t),…,r_kN(t), поступающие от N независимо действующих источников информации с помощью устройств, которые называют канальными передатчиками, преобразуются в соответствующие канальные сигналы
S_k1(t), S_k2(t),…, S_kN(t). Преобразование – взаимно-однозначное и может быть представлено некоторым оператором D_i так, что для любой реализации сообщения i-го канала можно записать:

S_ki(t) = D_i r_ki(t)                 i = 1,2,…,N

Все N канальных сигналов в суммирующем устройстве складываются, в результате чего получается сложное колебание вида:

В передатчике это колебание вновь преобразуется в сигнал, но теперь уже высокочастотный. Преобразование и здесь однозначное и отображается оператором М. В результате формируется сигнал, который далее излучается в пространство:

Канальные передатчики и суммирующие устройства образуют устройство уплотнения многоканальной системы связи.

Передатчик, среда и приемник образуют общий (групповой) канал связи или линию связи многоканальной системы.

На входе приемника принимается сигнал S’(t), который отличается от переданного. Это объясняется тем, что передача и прием сигналов сопровождаются помехами и искажениями. Сигнал на входе приемника:

S’(t) = k(t) s(t) + h(t),

где h(t) – некоторое колебание, обусловленное действием аддитивных помех и искажений;

k(t) – коэффициент, учитывающий действие мультипликативных помех и искажений.

В приемнике происходит обратное преобразование сигнала в линейное сообщение. Работа приемника характеризуется некоторым оператором М^-1, являющимся обратным оператору М. Без учета действия мультипликативных помех на выходе приемника:

где n(t) – продукты помех и искажений на выходе приемника.

Преобразование с помощью оператора М^-1 должно быть однозначным, иначе одному и тому же сигналу S’(t) будет соответствовать несколько различных колебаний r’_Л(t), что приведет к ошибкам при приеме сообщений.

Канальные селекторы вместе с канальными демодуляторами образуют устройство разделения каналов многоканальной системы связи.

Колебание r’_Л(t) далее поступает на устройство разделения, где разделение и демодуляция канальных сигналов осуществляется канальными приемниками. Действие каждого канального селектора характеризуется некоторым оператором p_l. Процесс разделения при этом можно представить как действие оператора разделения p_l на колебание r’_Л(t), в результате чего на выходе селектора l-го канала выделяется соответствующий канальный сигнал S’_kl(t), а все остальные сигналы задерживаются. При отсутствии помех процесс разделения можно представить следующими соотношениями:

Это условие выражает свойство l-го селектора откликаться лишь на сигналы S_kl(t) этого канала и не реагировать на сигналы всех других каналов. Величина и характер отклика должны быть однозначно связаны с соответствующим канальным сигналом.

В канальных приемниках происходит обратное преобразование канальных сигналов S_ki(t) в сообщения r_ki(t). Действия этих приемников характеризуется оператором D_i^-1, который для обеспечения взаимной однозначности преобразования должен быть обратным оператору D_i.
В результате преобразования получается исходное канальное сообщение, т.е.:

D_i^-1 S_ki(t) = r_ki(t).

Характерной особенностью многоканальной системы радиосвязи являются двукратное преобразование сообщений в сигналы и обратно и, как следствие этого, наличие устройств уплотнения и разделения канальных сигналов. Это ставит перед техникой многоканальной связи несколько проблем, главная из которых проблема надежного разделения канальных сигналов на приемной стороне.

Имеется два основных способа уплотнения-разделения:

1 частотный метод разделения каналов;

2 временной метод разделения каналов.

В дипломной работе более подробно рассмотрен частотный метод разделения каналов, так как он позволяет увеличить скоростные показатели МСП в КВ каналах.

Частотный метод разделения (объединения) каналов и основанная на этом методе система передачи с частотным разделением каналов (СП с ЧРК).

Спектр каждого канала тональной частоты (ТЧ) с помощью модулятора переносится в более высокочастотную область, и с помощью мультиплексора все каналы объединяются в общий групповой сигнал с различными несущими частотами. При мультиплексировании обычно используется одна боковая полоса группового сигнала с подавленной несущей.

Многоканальные системы передачи с частотным разделением каналов (СП с ЧРК) относятся к классу систем с линейным разделением сигналов с совпадающими или перекрывающимися спектрами. В качестве переносчиков канальных сигналов в СП с ЧРК используются гармонические колебания различных частот, а методами формирования канальных сигналов является модуляция одного или нескольких параметров этих колебаний. Переносчики канальных сигналов называются несущими колебаниями, или несущими  частотами. Известно, что модуляция одного из параметров несущей частоты переносит спектр модулирующего сигнала в спектр частот, определяемый частотами несущего колебания и видом модуляции. Сущность построения СП с ЧРК заключается в том, что спектр каждого первичного сигнала с помощью несущей частоты переносится в отведенную для него полосу частот линии связи, формируя, таким образом, канальные сигналы с неперекрывающимися спектрами (рис. 2). На вход канальных модуляторов М1, М2 и М3 (рис.3) поступают первичные сигналы c₁(t), c₂(t) и c₃(t), спектры которых S₁(f), S₂(f) и S₃(f) занимают одну и ту же полосу частот DF_c = F₁…F₂ (рис. 4 а). С помощью несущих частот f_Н1, f_Н2 и f_Н3, представляющих гармонические колебания — переносчики Y₁(t), Y₂(t) и Y₃(t), первичные сигналы преобразуются в канальные сигналы, занимающие полосы частот f₁’… f₁” для первого канала, f₂’… f₂” для второго и f₃’… f₃” для третьего каналов (рис. 4 б). Канальные сигналы выделяются канальными полосовыми фильтрами (КПФ-1 для первого канала, КПФ-2 для второго канала и КПФ-3 для третьего канала). Спектр группового сигнала состоит из трех полос и занимает общий диапазон частот от f₁’ до f₃”.

В приемной части происходит разделение канальных сигналов с помощью разделительных канальных полосовых фильтров КПФ-1 для первого канала, КПФ-2 для второго канала и КПФ-3 для третьего канала. Спектральные диаграммы сигналов приемной части системы передачи с частотным разделением каналов приведены на рис. 5. На рис. 5 а показаны канальные сигналы на выходе разделительных канальных полосовых фильтров (КПФ-1, КПФ-2, КПФ-3) приемной части или тракта приема системы передачи с частотным разделением каналов (см. рис. 3). Выделенные канальные сигналы поступают на входы демодуляторов Д-1 первого канала, Д-2 второго канала и Д-3 третьего канала (см. рис. 3). На другие входы демодуляторов подаются несущие частоты f_Н1 первого канала, f_Н2 второго канала и f_Н3 третьего канала. На выходе демодуляторов появляются первичные сигналы с полосой частот DF_c = F₁…F₂ и высокочастотные продукты демодуляции (рис.5 б, в, г). Фильтры нижних частот (ФНЧ), устанавливаемые на выходе демодуляторов, выделяют полосу частот первичных сигналов DF_c и подавляют высокочастотные продукты демодуляции (см. рис. 3 и рис. 5 б, в, г).

В многоканальных системах передачи кроме внешних помех  возникают специфические помехи, обусловленные неидеальностью функционирования устройств разделения канальных сигналов. Эти помехи проявляются как взаимные переходные влияния между каналами. Системы передачи должны обеспечивать не только высокое качество передачи сигналов, но и ее необходимую надежность. При этом дальность связи может достигать многих тысяч километров.

Следовательно, основные задачи техники многоканальных систем передачи сводятся к созданию систем, обеспечивающих заданное число каналов, требуемые качество передачи, надежность, эффективность и дальность связи.

1.2. Распространения радиоволн в КВ – канале

Способы распространения электромагнитных волн в атмосфере и в свободном пространстве можно разделить на три категории, а именно: распространение поверхностной волной, распространение пространственной волной, распространение прямой волной. КВ – канал занимает диапазон длин волн от 10 до 100 м, диапазон частот от 3 до 30 МГц.

Частным случаем распространения пространственной волны является ионосферное распространение, иллюстрируемое рис. 6. Оно сводится к отражению (отклонение или рефракция волны) передаваемого сигнала от ионосферы, которая состоит из нескольких устойчивых слоев заряженных частиц, расположенных на высоте 50…400 км от поверхности земли. В дневное время суток разогрев нижних слоев атмосферы солнцем обусловливает появление нижнего слоя на высоте ниже 120 км. Эти нижние слои, особенно D-слой, вызывают поглощение частот ниже 2 МГц, таким образом, ограничивая распространение ионосферной волной радиопередач AM радиовещания. Однако в течение ночных часов электронная концентрация частиц в нижних слоях ионосферы резко падает, и частотное поглощение, которое встречается в дневное время, значительно сокращается. Как следствие, мощные радиовещательные сигналы с AM могут распространяться на большие расстояния посредством отражения от ионосферных слоев (которые располагаются на высоте от 140 до 400 км над поверхностью земли), и земной поверхности.

Часто возникающая проблема при ионосферном распространении электромагнитной волны в частотном диапазоне ВЧ — это многолучёвостъ. Многолучёвость образуется потому, что передаваемый сигнал достигает приёмника по многим путям с различными задержками. Это обычно приводит к межсимвольной интерференции в системе цифровой связи. Более того, сигнальные составляющие, прибывающие по различным путям распространения, могут суммироваться таким образом, что это приводит к явлению, названному замираниями. Аддитивный шум в ВЧ диапазоне — это комбинация атмосферных помех и теплового шума. Отражение ионосферной волны прекращается на частотах выше МПЧ, такой, что сигналы более высокой частоты проходят ионосферу, и обычно ионосферное распространение радиоволн связано со значительной энергетической потерей уходя в космос.

Электроны в ионосферных слоях, от которых отражаются радиоволны, передаваемые в ВЧ диапазоне, находятся все время в движении. Для пользователя канала движение электронов кажется случайным. Следовательно, если один и тот же сигнал передается по ВЧ каналу в двух разнесённых временных интервалах, два принимаемых сигнала будут различными. Меняющиеся во времени отклики канала трактуются статистически (как реализации случайного процесса).

КВ каналу (как и многим другим каналам) свойственно временное рассеяние сигнала. Это явление проявляется, например, в расширении отклика канала на зондирующий радиоимпульс сравнительно малой длительности. В КВ радиоканалах часто наблюдается так называемая непрерывная или диффузная многолучевость, при которой импульсным откликом канала является сложный по форме радиоимпульс протяженностью несколько мсек. В особо тяжелых условиях длительность отклика, как при дискретной, так и при диффузной многолучевости может превышать 10 мсек. Одним из проявлений многолучевости являются частотно-селективные замирания — следствия интерференции отдельных компонент сигнала (лучей). Другим проявлением, особо заметным при использовании импульсных сигналов, являются искажения границ тактовых интервалов сигнала (краевые искажения).

 

Глава 2. Расчет параметров информационных сигналов

2.1. Выбор вида информационных сигналов

Электрический сигнал, распространяющийся по каналу, характеризуется тремя параметрами  –  амплитудой, частотой и фазой. Именно изменение одного из этих параметров, или даже совместно некоторой их совокупности в зависимости от значений информационных бит и составляет физическую сущность процесса модуляции. В зависимости от того, какой параметр колебания – амплитуда, частота или фаза – отображает изменение модулирующего колебания, различают амплитудную модуляцию (АМ), частотную модуляцию (ЧМ), фазовую модуляцию (ФМ). Возможны комбинированные методы модуляции, когда изменяются одновременно два и более параметров несущей. В двоичных системах АМ, ЧМ, ФМ манипуляция прямоугольными посылками длительностью Т₀, характеризуются известным соотношением между шириной полосы частот, занимаемых сигналом в герцах, и скоростью V в бит/с:

F_с(Гц) = 1/2V(бит/с)

При передаче цифровой информации по каналам связи модулятор является устройством отображения цифровой информации в форму аналоговых сигналов, которые согласованы с характеристиками каналов.

Цифровой AM сигнал можно представить так:

где {A_m, 1 £ m £ M} означает ряд из М возможных амплитуд, соответствующих М = 2^k возможным k-битовым блокам или символам. Амплитуда сигнала А_m принимает дискретные значения (уровни):

A_m = (2m — 1 — M)d,                                                m = 1,2,…,M

где 2d -расстояние между соседними амплитудами сигналов. Сигнал g(t) является вещественным сигнальным импульсом, форма которого определяет спектр передаваемого сигнала. Скорость передачи канальных символов при AM равна R/k. Это скорость, с которой происходят изменения амплитуды гармонической несущей для того, чтобы отразить передачу новой информации.

Сигналы AM представляются геометрически как М одномерных сигнальных точек со значениями:

где e_g – энергия базового сигнального импульса g(t).

На рисунке 7 даны соответствующие пространственные диаграммы сигналов для М = 2, М = 4, М = 8. Цифровая AM называется также модуляцией с амплитудным сдвигом (MAC, ASK).

Модулированные сигналы AM, представленные на рисунке 7, являются двухполосными (ДП) сигналами и требуют в два раза большую полосу частот, чем низкочастотный передаваемый сигнал. В качестве альтернативы можем использовать однополосную (одной боковой полосы, ОБП) AM.

При частотной модуляции (ЧМ, FSK–Frequency Shift Keying) значениям 0 и 1 информационного бита соответствуют свои частоты физического сигнала при неизменной его амплитуде. Общее аналитическое выражение для сигнала частотной манипуляции имеет следующий вид:

S_i(t) = S_msin(w_it + Ф), 0 £ t £ T₀, i = 0,1,2,…,M-1,

где S_m – постоянная амплитуда, а частота w_i может принимать М дискретных значений.

При манипуляции посылками длительностью индекс частотной манипуляции m_ЧМ, девиация частоты Df_m, частота манипуляции
F_с = 1/2Т₀ = V/2 связаны соотношениями:

m_ЧМ = Df_m/ F_с = 2Df_mТ₀ = 2Df_m/V

Частотная модуляция весьма помехоустойчива, поскольку искажению при помехах подвергается в основном амплитуда сигнала, а не частота. При этом достоверность демодуляции, а значит и помехоустойчивость тем выше, чем больше периодов сигнала попадает в бодовый интервал. Но увеличение бодового интервала по понятным причинам снижает скорость передачи информации. С другой стороны, необходимая для этого вида модуляции ширина спектра сигнала может быть значительно уже всей полосы канала. Отсюда вытекает область применения ЧМ – низкоскоростные, но высоконадежные стандарты, позволяющие осуществлять связь на каналах с большими искажениями амплитудно-частотной характеристики, или даже с усеченной полосой пропускания.

При фазовой модуляции (ФМ, PSK  – Phase Shift Keying, ДОФМ, ТОФМ, DPSK  –  Differential  Phase Shift Keying) изменяемым в зависимости от значения информационного элемента параметром является фаза сигнала при неизменных амплитуде и частоте. Манипуляция состоит в дискретном изменении (сдвиге) фазы несущей на величину j_i, которая является носителем передаваемой информации. Различают простую фазовую модуляцию (ФМ) и относительную (разностную) фазовую модуляцию (ОФМ).

При простой ФМ «1» и «0» соответствуют строго определенным значениям фазы колебаний. Например «0» — соответствует фаза p,
«1» — соответствует фаза 180º и на приемном конце необходимо различать абсолютное значение фазы. Для этого требуется вводить в цифровой информационный сигнал вставки для передачи опорного сигнала. Это усложняет приемник.

При ОФМ каждому информационному элементу ставится в соответствие не абсолютное значение фазы, а ее изменение относительно предыдущего значения. Если информационный элемент есть дибит, то в зависимости от его значения (00, 01, 10 или 11) фаза сигнала может измениться на 90, 180, 270 градусов или не измениться вовсе. Таким образом, нет необходимости в передаче опорного сигнала.

Пространственные диаграммы ФМ сигналов для М = 2, 4 и 8 даны на рисунке 8.

Случаю М = 2 соответствуют одномерные противоположные сигналы, которые идентичны рассмотренным двоичным сигналам AM. Из теории информации известно, что фазовая модуляция наиболее помехоустойчива, однако увеличение числа кодируемых бит приводит к резкому снижению помехоустойчивости. Как и в случае AM, отображение или задание
к — информационных бит в М = 2^k возможных значений фаз можно сделать различными путями. Предпочтительное отображение — коды Грея, так что наиболее вероятные ошибки, вызываемые шумами, будут возникать в одном бите к — битового символа.

Поэтому на высоких скоростях часто применяются комбинированные амплитудно-фазовые методы модуляции.

Хорошую частотную эффективность можно получить путём одновременной передачи двух отдельных к-битовых информационных блоков на двух несущих, находящихся в квадратуре (cos2pf_ct и sin2pf_ct). Такая техника модуляции названа квадратурной амплитудной модуляцией или КАМ (КАМ-n, QAM  –  Quadrature  Amplitude  Modulation), и соответствующие сигналы можно выразить так:

S_m(t) = A_mcg(t)cos2πf_ct — A_msg(t)sin2πf_ct,               m = 1,2,…,M,  0 £ t £ T,

где А_mc и А_ms — информационные амплитуды сигнала для квадратурных несущих, a g(t) — форма импульса.

Здесь помимо изменения фазы сигнала используется манипуляция его амплитудой, что позволяет увеличивать число кодируемых бит. Действительно, можно образовать определенную комбинацию
М₁ — уровневой AM и М₂ — позиционной ФМ, чтобы сконструировать комбинированное АМ-ФМ сигнальное созвездие, содержащее М = М₁М₂ точек пространства сигналов. Если М₁ = 2″ и М₂ = 2′», то сигнальное созвездие комбинированной АМ-ФМ сводится к мгновенной передаче
m + n = logM₁M₂, двоичных символов, возникающих со скоростью R/(m + n). Примеры сигнальных пространственных диаграмм для комбинированной АМ-ФМ показаны на рисунке 9 для М=8 и М=16.

КАМ сигналы можно представить как линейную комбинацию двух ортонормированных сигналов f₁,(t) и f₂,(t), т.е.

S_m(t) = S_m1f₁(t) + S_m2f₂(t), где

В настоящее время используются модуляции, в которых количество кодируемых на одном бодовом интервале информационных бит может доходить до 8, а, соответственно, число позиций сигнала в сигнальном пространстве – до  256.

Однако применение многоточечной QAM в чистом виде сталкивается с серьезными проблемами, связанными с недостаточной помехоустойчивостью кодирования. Поэтому во всех современных высокоскоростных протоколах используется разновидность этого вида модуляции, так например модуляция с решетчатым кодированием или треллис-кодированием (ТСМ,   Trellis   Coded Modulation), которая позволяет повысить помехозащищенность передачи информации – снизить требования к отношению сигнал/шум в канале на величину от 3 до 6 дБ. Суть этого кодирования заключается во введении избыточности. Пространство сигналов расширяется вдвое путем добавления к информационным битам еще одного, который образуется посредством сверточного кодирования над частью информационных бит и введения элементов запаздывания. Расширенная таким образом группа подвергается все той же многопозиционной амплитудно-фазовой модуляции. В процессе демодуляции принятого сигнала производится его декодирование по весьма сложному алгоритму Виттерби, позволяющему за счет введенной избыточности и знания предыстории выбрать по критерию максимального правдоподобия из сигнального пространства наиболее достоверную точку и, тем самым, определить значения информационных бит.

В цифровых системах связи используют различные методы цифровой манипуляции. На выбор метода манипуляции влияют 4 фактора:

1 Фактор – эффективность использования частотного спектра;

2 Фактор – достаточная защита от помех по основному каналу, в том числе и от межсимвольной интерференции;

3 Фактор – возможность использования нелинейных режимов усиления в усилители мощности передатчика, что снижает энергопотребление станции в целом;

4 Фактор – число ошибочных бит принятой информации по отношению к общему числу принятых бит.

Амплитудная модуляция, имея ряд достоинств (простота технической реализации, относительно неширокая полоса частот AM сигнала и возможность ее уменьшения, простота демодуляции AM сигнала), обладает существенными недостатками, основными из которых являются:

1) низкая помехоустойчивость;

2) основная мощность AM сигнала сосредоточена в несущем колебании, которое не содержит полезной информации, что приводит к неоправданной загрузке элементов тракта передачи (в основном усилительных устройств).

ЧМ, ОФМ и КАМ достаточно помехоустойчивы, но при одинаковых условиях можно добиться разной информационной скорости. Например, возьмем канал тональной частоты, ширина спектра которого DF = 3100 Гц. Его можно разбить на подканалы, которые в свою очередь можно разбить на субканалы. Допустим субканалов М = 8, длительность каждого из них не более 10 мс. T = 10 мс., таким образом частота подканала равна:

Df = 8×1/ 10×10^-3 = 800 Гц, значит количество подканалов равно:

N = DF / Df = 3100 / 800 = 4

Скорость информационного потока при ЧМ можно вычислить:

V_инф = N×log₂M/T= 4×log₂8/10×10^-3 = 1200 бит/с.

Скорость информационного потока при ОФМ и КАМ можно вычислить:

V_инф = N×M/T= 4×8/10×10^-3 = 3200 бит/с.

Таким образом, для КВ модема подходит ОФМ или КАМ модуляция, окончательный выбор будет сделан позже.

2.2. Расчет количества поднесущих частот, длительности элементарных сигналов и защитного интервала

Как было сказано выше ширина спектра канала тональной частоты равна DF = 3100 Гц, но на практике из-за искажений ФЧХ на краях полосы эффективную ширину спектра канала тональной частоты обычно считают равной DF_эфф = 3000 Гц. Длительность элементарного сигнала должна быть больше 10 мс. Т_с ³ 10мс.

Допустим длительность элементарного сигнала Т_с = 10 мс, тогда эффективная длительность, для которой обеспечивается ортогональность сигналов отдельных субканалов: Т_{с эфф} = 8 мс.

В этом случае частотный разнос составляет:

Df = 1/ Т_{с эфф} = 1/8×10^-3 = 125 Гц

В этом случае количество подканалов равно:

N = DF_эфф / Df = 3000 Гц / 125 Гц = 24

При увеличении длительности элементарного сигнала до Т_с = 20 мс, эффективная длительность составит: Т_{с эфф} = 16 мс.

Df = 1/ Т_{с эфф} = 1/16×10^-3 = 62,5 Гц

Количество подканалов равно:

N = DF / Df = 3000 Гц / 62,5 Гц = 48

Покажем, что скорость информационного потока осталась прежней. Из теории известно, что скорость информационного потока при ФМ и КАМ можно вычислить:

V_инф = N×log₂M/T, где М – объем канального алфавита.

При М = 2 для первого случая:

V_{инф 1} = N× log₂2 /T= 24×1/8×10^-3 = 3000 бит/с.

Для второго случая:

V_{инф 2} = N× log₂2 /T= 48×1/16×10^-3 = 3000 бит/с.

Увеличивая объем канального алфавита до М = 16 можно достичь скорости информационного потока V_инф = 12000 бит/с, учитывая снижение помехозащищенности системы.

2.3. Выбор вида манипуляции для КВ – радиомодема

Из теории связи известно, что при равном числе точек в сигнальном созвездии спектр сигналов КАМ идентичен спектру сигналов ФМ. Однако помехоустойчивость систем ФМ и КАМ различна. При большом числе точек сигналы системы КАМ имеют лучшие характеристики, чем системы ФМ. Основная причина этого состоит в том, что расстояние между сигнальными точками в системе ФМ меньше расстояния между сигнальными точками в системе КАМ. Расстояние d между соседними точками сигнального созвездия в системе КАМ с L уровнями модуляции определяется выражением:

d = 2 /(L -1).

Аналогично для ФМ:

d = 2sin(π / M),

где M – число фаз.

Из приведённых выражений следует, что при увеличении значения М и одном и том же уровне мощности системы КАМ предпочтительнее систем ФМ. Однако из-за особенности КВ – канала, как описывалось выше, возникают замирания, которые приводят к изменению комплексного коэффициента передачи каналов. Для восстановления сигнального созвездия в системах КАМ требуется посылка обучающей последовательности, что снижает скорость передачи информации, а в момент демодуляции сигнальное созвездие смещено по отношению к созвездию, используемому в процессе модуляции.

Поэтому в дипломной работе для построения КВ радиомодема предпочтительнее использовать ОФМ модуляцию, поскольку для демодуляции не требуется посылки тестовых сигналов.

---

Страницы:   1   2   3

---