Parametri base del segnale radio. Modulazione

§ Potenza del segnale

§ Energia specifica del segnale

§ Durata del segnale T determina l'intervallo di tempo durante il quale esiste il segnale (diverso da zero);

§ La gamma dinamica è il rapporto tra la potenza del segnale istantanea più alta e quella più bassa:

§ Larghezza dello spettro del segnale F - banda di frequenza all'interno della quale è concentrata l'energia principale del segnale;

§ La base del segnale è il prodotto della durata del segnale e dell'ampiezza del suo spettro. Va notato che esiste una relazione inversamente proporzionale tra l'ampiezza dello spettro e la durata del segnale: più corto è lo spettro, maggiore è la durata del segnale. Pertanto, la dimensione della base rimane praticamente invariata;

§ Il rapporto segnale/rumore è pari al rapporto tra la potenza utile del segnale e la potenza del rumore (S/N o SNR);

§ Il volume delle informazioni trasmesse caratterizza la larghezza di banda del canale di comunicazione necessaria per la trasmissione del segnale. È definito come il prodotto della larghezza dello spettro del segnale per la sua durata e la gamma dinamica.

§ L'efficienza energetica (potenziale immunità al rumore) caratterizza l'affidabilità dei dati trasmessi quando il segnale è esposto a rumore gaussiano bianco additivo, a condizione che la sequenza dei simboli sia ripristinata da un demodulatore ideale. È determinato dal rapporto segnale-rumore minimo (E b / N 0), necessario per la trasmissione dei dati attraverso il canale con una probabilità di errore non superiore a una data. L'efficienza energetica definisce la potenza minima del trasmettitore richiesta per prestazioni accettabili. La caratteristica del metodo di modulazione è la curva di efficienza energetica - la dipendenza della probabilità di errore di un demodulatore ideale dal rapporto segnale-rumore (E b / N 0).

§ Efficienza spettrale - il rapporto tra la velocità di trasmissione dei dati e la larghezza di banda utilizzata del canale radio.

• AMP: 0.83
• NMT: 0.46
• GSM: 1.35

§ La resistenza agli effetti del canale di trasmissione caratterizza l'affidabilità dei dati trasmessi quando il segnale è esposto a specifiche distorsioni: fading dovuto a propagazione multipercorso, limitazione di banda, interferenza incentrata sulla frequenza o sul tempo, effetto Doppler, ecc.

§ Requisiti per la linearità degli amplificatori. Per amplificare i segnali con alcuni tipi di modulazione, possono essere utilizzati amplificatori non lineari di classe C, che possono ridurre significativamente il consumo di energia del trasmettitore, mentre il livello di radiazione fuori banda non supera i limiti consentiti. Questo fattore è particolarmente importante per i sistemi di comunicazione mobile.

Modulazione(lat. modulatio - regolarità, ritmo) - il processo di modifica di uno o più parametri di un'oscillazione della portante ad alta frequenza secondo la legge di un segnale di informazione a bassa frequenza (messaggio).

Le informazioni trasmesse sono incorporate nel segnale di controllo (modulante) e il ruolo del vettore di informazioni è svolto da una vibrazione ad alta frequenza, chiamata portante. La modulazione, quindi, è il processo di "atterraggio" della forma d'onda dell'informazione su una portante nota.

Come risultato della modulazione, lo spettro del segnale di controllo a bassa frequenza viene trasferito alla regione ad alta frequenza. Ciò consente, quando si organizza la trasmissione, di sintonizzare il funzionamento di tutti i dispositivi trasmittenti e riceventi a frequenze diverse in modo che non "interferiscano" tra loro.

Le vibrazioni di varie forme (rettangolari, triangolari, ecc.) Possono essere utilizzate come vettore, ma le vibrazioni armoniche sono più spesso utilizzate. A seconda di quale dei parametri dell'oscillazione della portante cambia, si distingue il tipo di modulazione (ampiezza, frequenza, fase, ecc.). Modulazione segnale discreto chiamata modulazione digitale o keying.

I segnali radio sono onde elettromagnetiche o vibrazioni elettriche ad alta frequenza che trasportano il messaggio trasmesso. Per generare un segnale, i parametri delle oscillazioni ad alta frequenza vengono modificati (modulati) con l'aiuto di segnali di controllo, che rappresentano una tensione che cambia secondo una data legge. Le oscillazioni armoniche ad alta frequenza vengono solitamente utilizzate come modulate:

dove w 0 = 2π F 0 - alta frequenza portante;

tu 0 - ampiezza delle oscillazioni ad alta frequenza.

I segnali di controllo più semplici e più comunemente usati sono l'oscillazione armonica.

dove Ω - bassa frequenza, molto inferiore a w 0; ψ - fase iniziale; tu m - ampiezza, nonché segnali di impulso rettangolari, che sono caratterizzati dal fatto che il valore di tensione tu controllo ( T)=tu durante gli intervalli di tempo e, chiamato durata dell'impulso, ed è uguale a zero durante l'intervallo tra gli impulsi (Fig. 1.13). La grandezza T ed è chiamato periodo di ripetizione dell'impulso; F e = 1 / T e - la frequenza della loro ripetizione. Rapporto di ripetizione dell'impulso T e alla durata ed è chiamato duty cycle Q processo di impulso: Q=T e / τ e.

Figura 1.13. Sequenza di impulsi rettangolari

A seconda di quale parametro dell'oscillazione ad alta frequenza viene modificato (modulato) con l'aiuto del segnale di controllo, si distinguono l'ampiezza, la frequenza e la modulazione di fase.

Con la modulazione di ampiezza (AM) delle oscillazioni ad alta frequenza con una tensione sinusoidale a bassa frequenza con una frequenza di modalità , si forma un segnale, la cui ampiezza cambia nel tempo (Fig. 1.14):

Parametro m=tu m / tu 0 è chiamato fattore di modulazione di ampiezza. I suoi valori sono nell'intervallo da uno a zero: 1≥m≥0. Rapporto di modulazione espresso in percentuale (es. m× 100%) è chiamata profondità di modulazione AM.

Riso. 1.14. Segnale radio modulato in ampiezza

Con la modulazione di fase (PM) di un'oscillazione ad alta frequenza con una tensione sinusoidale, l'ampiezza del segnale rimane costante e la sua fase riceve un ulteriore incremento Δy sotto l'influenza della tensione modulante: Δy = K FM tu m sinW mod T, dove K FM - coefficiente di proporzionalità. Un segnale ad alta frequenza con modulazione di fase sinusoidale ha la forma

Con la modulazione di frequenza (FM), il segnale di controllo cambia la frequenza delle oscillazioni ad alta frequenza. Se la tensione modulante cambia secondo una legge sinusoidale, allora il valore istantaneo della frequenza delle oscillazioni modulate w = w 0 + K Coppa del Mondo tu m sinW mod T, dove K FM è il coefficiente di proporzionalità. La maggiore variazione di frequenza w rispetto al suo valore medio w 0, pari a Δw М = K Coppa del Mondo tu m è chiamato deviazione di frequenza. Un segnale modulato in frequenza può essere scritto come segue:

Un valore pari al rapporto tra la deviazione di frequenza e la frequenza di modulazione (Δw m / W mod = m FM) è chiamato fattore di modulazione di frequenza.

La Figura 1.14 mostra i segnali ad alta frequenza per AM, PM e FM. In tutti e tre i casi viene utilizzata la stessa tensione modulante. tu mod, cambiando secondo la legge del dente di sega simmetrica tu modalità ( T)= K Maud T, dove K mod> 0 su intervallo di tempo 0 T 1 e K Maud<0 на отрезке T 1 T 2 (Figura 1.15, a).

Con AM, la frequenza del segnale rimane costante (w 0), e l'ampiezza cambia secondo la legge di modulazione della tensione tu SONO ( T) = tu 0 K Maud T(Figura 1.15, b).

Un segnale modulato in frequenza (Fig. 1.15, c) è caratterizzato da un'ampiezza costante e una variazione graduale della frequenza: w ( T) = w0 + K Coppa del Mondo T... A un intervallo di tempo da T= da 0 a T 1 la frequenza di vibrazione aumenta dal valore w 0 al valore w 0 + K Coppa del Mondo T 1, e sull'intervallo da T 1 a T 2, la frequenza scende nuovamente al valore w 0.

Il segnale a modulazione di fase (Fig. 1.15, d) ha un'ampiezza costante e una variazione di frequenza simile a un salto. Spieghiamolo analiticamente. Con FM sotto l'influenza di una tensione modulante

Figura 1.15. Tipo comparativo di oscillazioni modulate con AM, FM e FM:
a - tensione modulante; b - segnale modulato in ampiezza;
c - segnale modulato in frequenza; d - segnale modulato in fase

la fase del segnale riceve un ulteriore incremento Δy = K FM T, quindi, il segnale ad alta frequenza con modulazione di fase secondo la legge del dente di sega ha la forma

Quindi, sul segmento 0 T 1 frequenza è uguale a w 1> w 0, e sull'intervallo T 1 T 2 è uguale a w 2

Quando si trasmette una sequenza di impulsi, ad esempio, è possibile utilizzare anche un codice digitale binario (Figura 1.16, a), AM, FM e FM. Questo tipo di modulazione è chiamato keying o telegrafia (AT, CT e FT).

Figura 1.16. Vista comparativa delle oscillazioni manipolate ad AT, PT e FT

Con la telegrafia di ampiezza, si forma una sequenza di impulsi radio ad alta frequenza, la cui ampiezza è costante durante la durata degli impulsi modulanti e, ed è uguale a zero per il resto del tempo (Figura 1.16, b).

Con la telegrafia in frequenza, si forma un segnale ad alta frequenza con un'ampiezza costante e una frequenza che assume due possibili valori (Figura 1.16, c).

Con la telegrafia di fase si forma un segnale ad alta frequenza con ampiezza e frequenza costanti, la cui fase cambia di 180 ° secondo la legge del segnale modulante (Figura 1.16, d).

Ministero dell'Istruzione Generale e Professionale della Federazione Russa

USTU-UPI intitolato a S.M. Kirov

Fondamenti teorici dell'ingegneria radiofonica

ANALISI DEI SEGNALI RADIO E CALCOLO DELLE CARATTERISTICHE DEI FILTRI OTTIMALI ABBINATI

PROGETTO DEL CORSO

EKATERINBURG 2001

introduzione

Calcolo di akf di un dato segnale

Conclusione

Elenco dei simboli

Elenco bibliografico

astratto

L'informazione è sempre stata apprezzata e, con lo sviluppo dell'umanità, l'informazione diventa sempre di più. I flussi di informazioni si sono trasformati in enormi fiumi.

A questo proposito sono sorti diversi problemi di trasmissione delle informazioni.

L'informazione è sempre stata apprezzata per la sua affidabilità e completezza, quindi si sta combattendo per trasmetterla senza perdite o distorsioni. Con un problema in più nella scelta del segnale ottimale.

Tutto questo viene trasferito all'ingegneria radiofonica dove vengono sviluppati la ricezione, la trasmissione e l'elaborazione di questi segnali. La velocità e la complessità dei segnali trasmessi è costantemente complicata dall'apparecchiatura.

Per ottenere e consolidare le conoscenze sull'elaborazione dei segnali più semplici nel corso di formazione c'è un compito pratico.

In questo corso si considera un fibrato coerente rettangolare, costituito da N impulsi radio trapezoidali (la durata del vertice è pari a un terzo della durata della base), dove:

a) frequenza portante, 1,11 MHz

b) durata dell'impulso (durata base), 15μs

c) frequenza di ripetizione, 11,2 kHz

d) il numero di impulsi in un pacchetto, 9

Per un dato tipo di segnale è necessario produrre (portare):

Calcolo ACF

Calcolo dello spettro di ampiezza e dello spettro di energia

Calcolo della risposta all'impulso di un filtro abbinato

La densità spettrale è il coefficiente di proporzionalità tra la lunghezza di un piccolo intervallo di frequenza D F e la corrispondente ampiezza complessa di un segnale armonico D A con una frequenza f 0.

La rappresentazione spettrale dei segnali apre un percorso diretto all'analisi del passaggio dei segnali attraverso un'ampia classe di circuiti, dispositivi e sistemi radio.

Lo spettro energetico è utile per ottenere varie stime ingegneristiche che stabiliscono l'ampiezza effettiva dello spettro di un dato segnale. Per quantificare il grado di differenza di segnale U (t) e la sua copia spostata nel tempo U (t- T)è consuetudine introdurre ACF.

Fissiamo un momento arbitrario nel tempo e proviamo a scegliere la funzione in modo che il valore raggiunga il massimo valore possibile. Se tale funzione esiste davvero, il filtro di linea corrispondente viene chiamato filtro corrispondente.

introduzione

Il lavoro del corso sulla parte finale dell'argomento "Teoria dei segnali e dei circuiti radiotecnici" copre sezioni del corso dedicate alle basi della teoria dei segnali e del loro filtraggio lineare ottimale.

Gli obiettivi del lavoro sono:

studio delle caratteristiche temporali e spettrali dei segnali radio impulsati utilizzati in radar, radionavigazione, radiotelemetria e campi correlati;

acquisizione di competenze nel calcolo e nell'analisi della correlazione e delle caratteristiche spettrali di segnali deterministici (funzioni di autocorrelazione, spettri di ampiezza e spettri di energia).

Nel corso del lavoro per un dato tipo di segnale, devi fare:

Calcolo dell'ACF.

Calcolo dello spettro di ampiezze e spettro di energia.

Risposta all'impulso del filtro abbinato.

In questo corso viene considerato un fascio coerente rettangolare di impulsi radio trapezoidali.

Parametri del segnale:

frequenza portante (radiofrequenza), 1,11 MHz

durata dell'impulso, (durata base) 15 μs

frequenza di ripetizione, 11,2 kHz

numero di impulsi in un burst, 9

Funzione di autocorrelazione (ACF) del segnale U (t) serve a quantificare il grado di differenza di segnale U (t) e la sua copia spostata nel tempo (0.1) e a T= 0 ACF diventa uguale all'energia del segnale. ACF ha le proprietà più semplici:

proprietà di parità:

Quelli. K tu ( T) =K tu ( - T).

a qualsiasi valore del time shift T Il modulo ACF non supera l'energia del segnale: ½ K tu ( T) ½£ K tu ( 0 ), che segue dalla disuguaglianza di Cauchy - Bunyakovsky.

Quindi, l'ACF sembra essere una curva simmetrica con un massimo centrale, che è sempre positivo, e nel nostro caso l'ACF ha anche un carattere oscillatorio. Va notato che l'ACF è correlato allo spettro di energia del segnale: ; (0.2) dove ½ G (w) ½ il quadrato del modulo della densità spettrale. Pertanto, le proprietà di correlazione dei segnali possono essere stimate in base alla distribuzione della loro energia nello spettro. Più ampia è la larghezza di banda del segnale, più stretto è il lobo principale della funzione di autocorrelazione e più perfetto è il segnale dal punto di vista della possibilità di misurare con precisione il momento della sua insorgenza.

Spesso è più conveniente ottenere prima la funzione di autocorrelazione e poi, usando la trasformata di Fourier, trovare lo spettro di energia del segnale. Spettro energetico - è una dipendenza di ½ G (w) ½ della frequenza.

I filtri abbinati al segnale hanno le seguenti proprietà:

Il segnale all'uscita del filtro adattato e la funzione di correlazione del rumore di uscita hanno la forma della funzione di autocorrelazione del segnale utile di ingresso.

Tra tutti i filtri di linea, il filtro abbinato fornisce il massimo rapporto di rumore picco-rms in uscita.

Calcolo di akf di un dato segnale

Fig. 1. Burst radio trapezoidale coerente rettangolare

Nel nostro caso, il segnale è un fascio rettangolare di impulsi radio trapezoidali (la durata massima è pari a un terzo della durata base) ( vedi figura 1) in cui il numero di impulsi è N = 9 e la durata dell'impulso è T i = 15 μs.

figura 2. Spostamento della copia dell'inviluppo del segnale

S3 (t)

S2 (t)

S1 (t)

Il periodo di ripetizione dell'impulso nel burst T ip »89,286 μs, quindi il duty cycle q = T ip / T i = 5,952. Per calcolare l'ACF, usiamo la formula ( 0.1) e una rappresentazione grafica di una copia sfasata del segnale usando un singolo impulso trapezoidale (inviluppo) come esempio. Per farlo, vai su Figura 2. Per calcolare il lobo principale dell'ACF dell'inviluppo del segnale (trapezio), considerare tre intervalli:

Per l'entità dello spostamento T appartenente all'intervallo da zero a un terzo della durata dell'impulso, è necessario risolvere l'integrale:

Risolvendo questo integrale, otteniamo un'espressione per il lobo principale dell'ACF di un dato spostamento della copia dell'inviluppo del segnale:

Per T appartenente all'intervallo da un terzo a due terzi della durata dell'impulso, si ottiene il seguente integrale:

Risolvendolo, otteniamo:

Per T, che appartiene all'intervallo da due terzi della durata dell'impulso alla durata dell'impulso, l'integrale ha la forma:

Pertanto, come risultato della soluzione, abbiamo:

Tenendo conto della proprietà di simmetria (parità) dell'ACF (vedi introduzione) e della relazione tra l'ACF di un segnale radio e l'ACF del suo inviluppo complesso: abbiamo funzioni per il lobo principale dell'ACF dell'inviluppo ko (T) dell'impulso radio e dell'ACF dell'impulso radio Ks (T):

in cui le funzioni in entrata sono della forma:

Quindi, su Figura 3 raffigura il lobo principale dell'impulso radio ACF e il suo inviluppo, cioè quando, a seguito dello spostamento della copia del segnale, quando sono coinvolti tutti e 9 gli impulsi del burst, ad es. N = 9.

Si può vedere che l'ACF dell'impulso radio ha un carattere oscillatorio, ma al centro è obbligatorio un massimo. Con un ulteriore spostamento, il numero di impulsi che si intersecano tra il segnale e la sua copia diminuirà di uno e, quindi, l'ampiezza dopo ogni periodo di ripetizione T ip = 89,286 μs.

Pertanto, l'ACF finale apparirà come su Figura 4 ( 16 petali diversi dal principale solo per le ampiezze) considerando che , che in questa figura T = T ip .:

Riso. 3. ACF del lobo principale dell'impulso radio e del suo inviluppo

Riso. 4. ACF di un fascio di impulsi radio trapezoidali rettangolari coerenti

Riso. 5. Inviluppo di una raffica di impulsi radio.

Calcolo della densità spettrale e dello spettro energetico

Per calcolare la densità spettrale utilizzeremo, come nel calcolo dell'ACF, le funzioni di inviluppo del segnale radio ( vedi fig. 2), che assomigliano a:

e la trasformata di Fourier per ottenere funzioni spettrali, che, tenendo conto dei limiti di integrazione per l'n-esimo impulso, saranno calcolate con le formule:

per l'inviluppo dell'impulso radio e:

rispettivamente per un impulso radio.

Il grafico di questa funzione è presentato su ( figura 5).

in figura, per chiarezza, si considera un diverso range di frequenza

Riso. 6. Densità spettrale dell'inviluppo del segnale radio.

Come previsto, il massimo principale si trova al centro, ad es. ad una frequenza w = 0.

Lo spettro di energia è uguale al quadrato della densità spettrale e quindi il grafico dello spettro appare come su ( Figura 6) quelli. molto simile al grafico della densità spettrale:

Riso. 7. Spettro energetico dell'inviluppo del segnale radio.

La forma della densità spettrale per il segnale radio sarà diversa, poiché invece di un massimo a w = 0, si osserveranno due massimi a w = ± wо, cioè lo spettro dell'impulso video (inviluppo del segnale radio) viene trasferito nella regione delle alte frequenze con un dimezzamento del valore assoluto dei massimi ( vedi figura 7). Anche la forma dello spettro di energia del segnale radio sarà molto simile alla forma della densità spettrale del segnale radio, ad es. lo spettro sarà trasferito anche alla regione delle alte frequenze, e si osserveranno anche due massimi ( vedi fig.8).

Riso. 8. Densità spettrale di un burst di impulsi radio.

Calcolo della risposta all'impulso e consigli per la costruzione di un filtro abbinato

Come sapete, insieme al segnale utile, ci sono spesso dei rumori e quindi, con un segnale utile debole, a volte è difficile stabilire se c'è o meno un segnale utile.

Per ricevere un segnale spostato nel tempo sullo sfondo del rumore gaussiano bianco (il rumore gaussiano bianco "BGS" ha una densità di distribuzione uniforme) n (t) cioè io (t)= + n (t), il rapporto di verosimiglianza quando si riceve un segnale di forma nota ha la forma:

dove #- densità spettrale del rumore.

Pertanto, arriviamo alla conclusione che l'elaborazione ottimale dei dati ricevuti è l'essenza dell'integrale di correlazione

La funzione risultante è l'operazione essenziale che dovrebbe essere eseguita sul segnale osservato per prendere una decisione sulla presenza o meno di un segnale utile in modo ottimale (dal punto di vista del criterio del rischio medio minimo).

Non c'è dubbio che questa operazione può essere implementata da un filtro lineare.

Infatti, il segnale all'uscita del filtro di risposta all'impulso g (t) sembra:

Come puoi vedere, quando la condizione g (r-x) = K × S (r- T) queste espressioni sono equivalenti e quindi dopo aver sostituito t = r-x noi abbiamo:

dove A- costante, e a- tempo fisso in cui si osserva il segnale di uscita.

Un filtro con una tale risposta all'impulso g (t) ( vedi sopra) si chiama consistente.

Per determinare la risposta all'impulso, è necessario un segnale Ns) passare a a a sinistra, cioè otteniamo la funzione S (a + t), e la funzione S (a - t) ricevere specchiando il segnale rispetto all'asse delle coordinate, cioè la risposta all'impulso del filtro adattato sarà uguale al segnale di ingresso, e quindi il massimo rapporto segnale-rumore si ottiene all'uscita del filtro adattato.

Con il nostro segnale di ingresso, per costruire un tale filtro, devi prima creare un collegamento per la formazione di un impulso trapezoidale, il circuito, che è mostrato in ( figura 9).

Riso. 10. Un collegamento per la formazione di un impulso radio con un dato inviluppo.

Il segnale dell'inviluppo del segnale radio (nel nostro caso, un trapezio) viene inviato all'ingresso del collegamento della formazione di un impulso radio con un dato inviluppo (vedi Fig. 9).

Nel collegamento oscillatorio si forma un segnale armonico con frequenza portante wо (nel nostro caso 1,11 MHz), quindi, all'uscita di questo collegamento, abbiamo un segnale armonico con frequenza wо.

Dall'uscita del collegamento oscillatorio, il segnale viene inviato al sommatore e al collegamento della linea di ritardo del segnale a Ti (nel nostro caso, Ti = 15 μs), e dall'uscita del collegamento di ritardo, il segnale viene inviato allo sfasatore (è necessario in modo che dopo la fine dell'impulso non ci sia segnale radio all'uscita del sommatore) ...

Dopo lo sfasatore, il segnale viene inviato anche al sommatore. All'uscita del sommatore, infine, abbiamo impulsi radio trapezoidali con una radiofrequenza wо, cioè segnale g (t).

Poiché occorre ottenere un pacchetto coerente di 9 impulsi video trapezoidali, il segnale g (t) deve essere inviato al collegamento per formare tale pacchetto, un circuito che si presenta come in (Fig. 10):

Riso. 11. Un collegamento nella formazione di un pacchetto coerente.

Il segnale g (t), che è un impulso radio trapezoidale (o una sequenza di impulsi radio trapezoidali), viene inviato all'ingresso del collegamento di formazione di burst coerente.

Quindi il segnale va al sommatore e al blocco di ritardo, in cui il segnale di ingresso viene ritardato per il periodo di ripetizione dell'impulso nel pacchetto Consiglio moltiplicato per il numero di impulsi meno uno, ad es. ( N-1), e dall'uscita del ritardo di nuovo al sommatore .

Quindi, all'uscita del collegamento per la formazione di un pacchetto coerente (cioè all'uscita del sommatore), abbiamo un pacchetto coerente rettangolare di impulsi radio trapezoidali, che doveva essere implementato.

Conclusione

Nel corso del lavoro, sono stati eseguiti i calcoli corrispondenti e da essi sono stati costruiti grafici, si può giudicare la complessità dell'elaborazione del segnale. Per semplicità, il calcolo matematico è stato eseguito utilizzando i pacchetti MathCAD 7.0 e MathCAD 8.0. Questo lavoro è una parte necessaria del curriculum affinché gli studenti abbiano un'idea delle caratteristiche dell'applicazione di vari segnali radio pulsati nel radar, nella radionavigazione e nella radiotelemetria e possano anche progettare un filtro ottimale, dando così il loro modesto contributo alla "lotta" per l'informazione.

Elenco dei simboli

farebbe - frequenza radio;

w- frequenza

T, ( T) - tempo di spostamento;

Ti - la durata dell'impulso radio;

Consiglio - il periodo di ripetizione degli impulsi radio nel pacchetto;

n - il numero di impulsi radio nel fascio;

T - tempo;

Elenco bibliografico

1. Baskakov S.I. "Circuiti e segnali di radioingegneria: libro di testo per le università sullo speciale." Ingegneria radio "". - 2a ed., Rev. e aggiungi. - M.: Superiore. shk., 1988 - 448 p.: ill.

2. "ANALISI DEI SEGNALI RADIO E CALCOLO DELLE CARATTERISTICHE DEI FILTRI OTTIMALI ABBINATI: Istruzioni metodologiche per il lavoro del corso sul corso" Teoria dei segnali e dei circuiti radio "/ VG Kibernichenko, LG Doroinsky, Sverdlovsk: UPI 1992.40 p.

3. "Dispositivi di amplificazione": Libro di testo: manuale per le università. - M.: Radio e comunicazione, 1989. - 400 p.: ill.

4. Buckingham M. "Rumore in dispositivi e sistemi elettronici" / Per. dall'inglese - M.: Mir, 1986

I segnali di impulso dipendono dalla corrente. Il loro utilizzo nel settore dell'energia elettrica è determinato principalmente dai sistemi di controllo telemetrico, gestione e protezione delle riparazioni. I segnali a impulsi non vengono utilizzati per la trasmissione di potenza. Ciò è dovuto al loro ampio spettro di energia (frequenza). Possono essere periodici, cioè ripetuti a un certo intervallo di tempo, o non periodici. Lo scopo principale di tali segnali è informativo.

Caratteristiche di base dei segnali impulsivi.

1) Il valore istantaneo del segnale impulsivo (U (t)), simile a quello sinusoidale, può essere determinato utilizzando strumenti rappresentativi della forma d'onda.

2) Il valore dell'ampiezza di U n caratterizza il valore più grande della tensione istantanea nell'intervallo del periodo T. Il periodo dello studio del segnale a impulsi è determinato da punti al livello di 0,5 ampiezza.

3) Il tempo di salita del fronte di salita t f + è l'intervallo di tempo tra i punti corrispondenti a 0,1 U m e 0,9 U m. Il fronte d'attacco caratterizza il grado di aumento del segnale, ad es. quanto velocemente l'impulso dal livello 0 raggiunge U m. Idealmente, t f + dovrebbe essere uguale a zero, ma in pratica, quando questo intervallo non è uguale a zero, t f »10 nS.

4) Il tempo della caduta (bordo d'uscita) t f - è determinato in modo simile dal livello da 0,1 a 0,9 all'ampiezza, ma sul decadimento dell'impulso. Anche il tempo del bordo di uscita, come il bordo di entrata, è finito. Tendono a ridursi, poiché il decadimento influisce sulla durata dell'impulso t u.

5) La durata dell'impulso t u è l'intervallo di tempo determinato al livello di 0,5 ampiezza dal fronte di salita a quello di discesa. Il rapporto tra il periodo di ripetizione dell'impulso e l'ampiezza dell'impulso, chiamato duty cycle, è importante per il segnale. Maggiore è il duty cycle, più volte l'impulso si “piega” durante il periodo di ripetizione T/m = q.

Un caso particolare di segnale a impulsi è un “meandro”, in cui il duty cycle è q = 2. Il duty cycle indica indirettamente la caratteristica energetica del segnale: maggiore è, minore è l'energia che il segnale trasporta nel periodo. Poiché il segnale è caratterizzato da diversi livelli di tensione, per esso viene utilizzato anche: valore efficace della tensione, forma analogica; valore medio della tensione raddrizzata.

Per i segnali ad onda quadra, questi valori risultano uguali. La caratteristica energetica è spesso considerata: la potenza del segnale. La potenza nel periodo P è definita per un'onda quadra come:

Dove P u è la potenza dell'impulso, q è il duty cycle

La potenza dell'impulso può raggiungere valori elevati, mentre la potenza media rimane bassa. I dispositivi sono controllati da impulsi brevi con ampiezza elevata.

6) Efficienza della caduta del top Y =

Spettro del segnale di impulso

w 0 2 w 0 3 w 0 4 w 0 5 w 0 6 w 0 t

Secondo l'espansione in serie di Fourier dei segnali periodici, anche il segnale di impulso è rappresentato come costituito dalla somma di molte componenti. Prima di tutto, questa è l'armonica fondamentale: la frequenza di ricerca del segnale e i suoi multipli. Ma insieme a loro, questa scomposizione include molte altre armoniche che non sono multipli della fondamentale. Queste sono armoniche più piccole della fondamentale e combinazioni di queste armoniche con la fondamentale. Questa rappresentazione mostra che il segnale a impulsi ha un'ampia larghezza di banda. Tutto in una riga.

Le basse frequenze forniscono un tetto a forma di impulso. Più piccoli sono questi componenti, minore è la caduta nella parte superiore dell'impulso. Allo stesso tempo, il ciclo di lavoro dell'aumento e della diminuzione dell'impulso dipende dai componenti ad alta frequenza nella decomposizione del segnale. Maggiore è la frequenza, più ripidi sono i fronti dell'impulso. Per trasmettere un segnale, è necessario un dispositivo che abbia gli stessi coefficienti di trasmissione sull'intera gamma dello spettro degli impulsi. Ma un tale dispositivo è tecnicamente difficile da implementare. Pertanto, risolvono sempre il problema: scegli uno spettro più ristretto e un parametro di impulso migliore.

Il criterio principale per l'ottimizzazione è il ciclo di lavoro della trasmissione dei segnali di impulso. Ma oggi nei sistemi reali raggiunge i 100 Mbaud = 10 8 unità di informazione al secondo.

I segnali di impulso tendono a trasmettere polarità positive, poiché la polarità è determinata dalla tensione di alimentazione, sebbene vengano utilizzati impulsi di polarità negativa per trasmettere informazioni. Quando si misura il valore della tensione dei segnali a impulsi, prestare attenzione al dispositivo: voltmetro di picco (ampiezza), valori medi, valori efficaci. I valori di tensione media e rms dipendono dalla larghezza dell'impulso. Il picco non lo è. La trasmissione di segnali pulsati su linee cablate porta a una notevole distorsione dei segnali: lo spettro del segnale si restringe nella parte ad alta frequenza, quindi l'aumento e la diminuzione dell'impulso aumentano.

Per natura, qualsiasi segnale elettrico è diviso in 2 gruppi: determinato, casuale.

Il primo in qualsiasi momento può essere descritto da un valore specifico (valore istantaneo U (t)). I segnali deterministici costituiscono la maggioranza.

Segnali casuali. La natura del loro aspetto è imprevedibile in anticipo, quindi non possono essere calcolati o indicati in un punto specifico. Tali segnali possono essere solo investigati, può essere effettuato un esperimento per determinare le caratteristiche probabilistiche dei segnali. Nel settore energetico, tali segnali includono: interferenze da campi elettromagnetici che distorcono il segnale principale. Ulteriori segnali appaiono a scariche complete o parziali tra le linee di trasmissione. I segnali casuali vengono analizzati e misurati utilizzando caratteristiche probabilistiche. Dal punto di vista degli errori di misura, i segnali casuali e la loro influenza sono indicati come errori casuali aggiuntivi. Inoltre, se il loro valore è di un ordine di grandezza inferiore a quelli casuali principali, possono essere esclusi dall'analisi.

Lezione numero 5

T ema numero 2: Trasmissione di messaggi DISCRETI

Argomento della lezione: SEGNALI RADIO DIGITALI E LORO

Caratteristiche Introduzione

Per i sistemi di trasmissione dati, il requisito per l'affidabilità delle informazioni trasmesse è molto importante. In questo caso è necessario il controllo logico dei processi di trasmissione e ricezione delle informazioni. Ciò diventa possibile quando i segnali digitali vengono utilizzati per trasferire informazioni in forma formalizzata. Tali segnali consentono di unificare la base dell'elemento e utilizzare codici di correzione che forniscono un aumento significativo dell'immunità al rumore.

2.1. Comprendere la trasmissione di messaggi discreti

Attualmente, per la trasmissione di messaggi discreti (dati), vengono generalmente utilizzati i cosiddetti canali di comunicazione digitale.

I portatori di messaggi nei canali di comunicazione digitale sono segnali digitali o segnali radio, se si utilizzano linee di comunicazione radio. I parametri informativi in ​​tali segnali sono ampiezza, frequenza e fase. Tra i parametri di accompagnamento, un posto speciale è occupato dalla fase dell'oscillazione armonica. Se la fase dell'oscillazione armonica lato ricezione è nota con precisione e questa viene utilizzata durante la ricezione, allora si considera tale canale di comunicazione coerente... V incoerente canale di comunicazione, non si conosce la fase dell'oscillazione armonica lato ricevente e si ritiene che sia uniformemente distribuita nell'intervallo da 0 a 2  .

Il processo di conversione di messaggi discreti in segnali digitali durante la trasmissione e segnali digitali in messaggi discreti durante la ricezione è spiegato nella Figura 2.1.

Figura 2.1. Il processo di conversione dei messaggi discreti in transito

Si tenga conto che le principali operazioni di conversione di un messaggio discreto in un segnale radio digitale e viceversa corrispondono allo schema strutturale generalizzato del sistema di trasmissione di messaggi discreti considerato nell'ultima lezione (mostrato in Fig. 3). Consideriamo i principali tipi di segnali radio digitali.

2.2. Caratteristiche dei segnali radio digitali

2.2.1. Segnali RF AMN (Amplitude Shift Keying)

Ampiezza Shift Keying (AMn). Espressione analitica del segnale AMn per qualsiasi momento T sembra:

S AMn (T, )= A 0  (T) cos(  T ) , (2.1)

dove UN 0 ,   e  - ampiezza, frequenza portante ciclica e fase iniziale del segnale radio AMn,  (T) - segnale digitale primario (parametro di informazione discreta).

Un'altra notazione è spesso usata:

S 1 (T) = 0 a  = 0,

S 2 (T) = A 0 cos(  T ) a  = 1, 0  T T,(2.2)

che viene utilizzato nell'analisi dei segnali AMn su un intervallo di tempo pari a un intervallo di clock T... Perché S(T) = 0 a  = 0, il segnale AMn viene spesso definito segnale di pausa passiva. L'implementazione del segnale radio AMn è mostrata in Fig. 2.2.

Figura 2.2. Implementazione del segnale radio AMn

La densità spettrale del segnale AMn ha componenti sia continue che discrete alla frequenza dell'onda portante   ... La componente continua è la densità spettrale del segnale digitale trasmesso  (T) trasferito alla regione della frequenza portante. Va notato che la componente discreta della densità spettrale si verifica solo in una fase iniziale costante del segnale  ... In pratica, di regola, questa condizione non è soddisfatta, poiché a causa di vari fattori destabilizzanti, la fase iniziale del segnale cambia casualmente nel tempo, ad es. è un processo casuale  (T) ed è distribuito uniformemente nell'intervallo [-  ;  ]. La presenza di tali fluttuazioni di fase porta alla “sfocatura” della componente discreta. Questa caratteristica è tipica di altri tipi di manipolazione. La Figura 2.3 mostra la densità spettrale del segnale radio AMn.

Figura 2.3. Densità spettrale del segnale radio AMn con random, uniformemente

distribuito nell'intervallo [-  ;  ] la fase iniziale 

La potenza media del segnale radio AMn è
... Questa potenza è equamente divisa tra le componenti continue e discrete della densità spettrale. Di conseguenza, nel segnale radio AMn, la componente continua dovuta alla trasmissione di informazioni utili rappresenta solo la metà della potenza emessa dal trasmettitore.

Per formare un segnale radio AMn viene solitamente utilizzato un dispositivo che fornisce una variazione dell'ampiezza del segnale radio secondo la legge del segnale digitale primario trasmesso  (T) (ad esempio, un modulatore di ampiezza).