Дискретный канал радиосвязи с разработкой функциональной схемы приемного устройства

Размещено на http://www.allbest.ru/

Московский Авиационный Институт

(Государственный Технический Университет)

МАИ

Курсовая работа

по дисциплине «Системы и сети связи»

тема: «Дискретный канал радиосвязи с разработкой функциональной схемы приемного устройства»

Выполнил: студент 941 уч. группы

Славкин А.С.

Проверил: Зеленевский В.В.

Серпухов - 2013



Содержание

Задание на курсовую работу

Введение

1. Механизм распространения волны

2. Энергетический расчет радиоканала

3. Выбор структурной и обоснование функциональной схем устройства

Заключение

Список используемой литературы

Задание на курсовую работу

по дисциплине "Системы и сети связи"

Студенту: Славкину А.С.

Учебная группа: 941

Тема: Дискретный канал радиосвязи с разработкой функциональной схемы приемного устройства.

Исходные данные:

1. Дальность радиосвязи L=25 км;

2. Мощность излучения передатчика Ризл=750 Вт;

З. КНД передающей антенны D=1,5 дБ;

4. Тип приемной антенны: АШ-1,6;

5. Входное сопротивление приемной антенны Ra=75 Ом;

6. Диапазон рабочих частот, 30-60 МГц;

7. Производительность источника Rn=900 бит/с;

8. Коэффициент шума приемника Nш=6 раз;

9. Вид сигнала F9 - 600;

10. Высоты размещения антенн (м):

- передающей h1=7;

- приемной h2=3;

11. Требуемая избирательность (дБ):

- по зеркальному каналу 65;

- по соседнему каналу 50;

12. Длина сообщения N=1800 , дв.символов;

13. Требуемая вероятность доведения Рдов>=0,999.

Выполнить

1. Механизм распространения волны для решаемой задачи.

2. Энергетический расчет радиоканала с оценкой достоверности (вероятности доведения) принятого сообщения.

3. Выбор структурной и обоснование функциональной схем устройства.



Введение

В курсовой работе будет выполнено:

описан механизм распространения радиоволн метрового диапазона;

описаны достоинства и недостатки распространения радиоволн метрового диапазона;

произведен энергетический расчет радиоканала с оценкой достоверности принятого сообщения;

найдена дальность прямой видимости;

найдены эквивалентные высоты поднятия передающей и приемной антенны;

найдена рабочая длина волны;

найдена действующая высота антенны;

найдена напряженность электрического поля;

найдено напряжение на входе приемной антенны;

найдена спектральная плотность полезного сигнала к спектральной плотности шума на выходе группового тракта приема;

найдена эффективная полоса пропускания РПМ;

найдена вероятность ошибки;

найдены промежуточные частоты fпч1 и fпч2;

найдены частоты опорных генераторов: , .



1. Механизм распространения волны для решаемой задачи

Особенностью механизма распространения волн метрового диапазона является то, что с увеличением частоты (уменьшением длины волны) коэффициент отражения уменьшается, это приводит к тому, что волна не преломляется в ионосфере.

Таким образом, рефракция и дифракция выражены крайне слабо, поэтому механизм распространения включает в себя:

прямую земную волну;

и частичную интерференцию вблизи от точки передачи прямой земной волны и отраженной от земли.

Рис. 1. Механизм распространения радиоволны метрового диапазона

К достоинствам метрового диапазона, где

,

можно отнести:

в нем можно получить оптимальные антенны по геометрическому размеру;

мощность излучения прямопропорциональна частоте в четвертой степени,



.

пропускная способность канала связи максимальна, большая скорость передачи,

К недостаткам такого диапазона - небольшая дальность радиосвязи.

2. Энергетический расчет радиоканала

В процессе нахождения необходимых параметров будем придерживаться определенной последовательности, т.к. следующая величина-параметр вытекает из решения предыдущей.

Формула дальности прямой видимости:

, (1)

где h1=7 - высота поднятия передающей антенны в м,

h2=3 - высота поднятия приемной антенны в м.

Эквивалентные высоты антенн:

(2)

м;



(3)

м;

где rпр - дальность радиосвязи прямой видимости в м;

- эквивалентный радиус Земли в м;

, , - эквивалентные высоты поднятия антенн в м.

Рабочая длина волны:

; (4)

Действующая высота антенны приемника:

, (5)

где

- волновое число;

(6)

l = 1,6 м - геометрическая длина антенны;



.

Напряженность электрического поля в свободном пространстве:

, (7)

где Р1 = 750 - мощность излучения передатчика в Вт;

- коэффициент усиления передатчика в разах;

[разы]=100,1*1,5[дБ]=1,38;

L = 25000- заданная дальность радиосвязи в м;

= 1,5- КНД передающей антенны;

= 1 - КПД передающей антенны в метровом диапазоне;

В/м;

Так как L>rпр, то напряженность электрического поля находится по формуле Фока:

(8)



Определим напряжение на входе антенны:

(10)

Определим отношение спектральной плотности полезного сигнала к спектральной плотности шума на выходе группового тракта приема:

, (11)

где

- постоянная Больцмана;

Т = 300K-температура окружающей среды в Кельвинах;

(12)

RA = 75 Ом - сопротивление приемной антенны;

NШ = 6 раз - коэффициент шума.

Определим вероятность ошибки:



(13)

Определим вероятность доведения:

(14)

Полученный результат

удовлетворяет ограничению по достоверности к информации Рдовзад = 0,999.

дискретный канал радиосвязь приемное устройство

3. Выбор структурной и обоснование функциональной схем устройства

В качестве схемы приемника будем использовать супергетеродинную схему с многократным преобразование частоты. Такая схема обеспечит нам заданную стабильную избирательность и равномерное усиление по рабочему диапазону частот. Структурная схема такого приемника представлена на рисунке 4.



Рис. 2 Структурная схема приемника

Часть приёмника - преселектор, включающий ВЦ, МШУ и УРЧ, подобен структуре приёмника прямого усиления и обеспечивает чувствительность и предварительную избирательность по частоте. С выхода преселектора напряжение сигнала и помех поступает на первый преобразователь частоты (ПЧ1), где происходит изменение (перенос) несущей частоты сигнала в другую область частотного диапазона.

Для этого полезный сигнал и колебания местного генератора-гетеродина (Г1) одновременно воздействуют на смеситель (СМ1), частотно-избирательная нагрузка (колебательный контур) выделяет напряжение новой несущей частоты (в нашем случае fпч1).

Поскольку сигнал с выхода УРЧ несет в себе полную информацию, то в процессе преобразования частоты эта информация должна сохраняться, т.е.

преобразователь частоты для полезного сигнала быть линейным элементом. Это обеспечивается за счёт выбора

.

Таким образом, в процессе преобразования частоты несущей полезного сигнала происходит перенос спектра сигнала в область промежуточной частоты без нарушения амплитудных и фазовых соотношений его составляющих.

За первым смесителем располагается усилитель первой промежуточной частоты (УПЧ1), нагрузка которого в виде частотно-избирательного контура настроена на частоту fпч1, которая как правило фиксирована и не зависит от частоты принимаемого сигнала. Поэтому на частоте fпч1 легко обеспечить устойчивое усиление (особенно когда она не высокая).

При перестройке супергетеродинного приёмника на другую рабочую частоту, по диапазону одновременно перестраиваются резонансные системы преселектора и первого гетеродина Г1 синтезатора частот, до тех пор, пока не образуется фиксированная промежуточная частота fпч1. Т.к. УПЧ1 не перестраивается по частоте, то это позволяет получить в супергетеродинном приёмнике высокую избирательность при неизменяемой полосе пропускания, а также реализовать оптимальную фильтрацию сигнала от помех, применяя согласованные фильтры на промежуточной частоте.

Выбрав структурную схему приемника можно перейти к синтезу и обоснованию функциональной схемы приемника. Для эффективной работы приемного устройства зададимся условиями синтеза функциональной схемы:

- разбить частотный диапазон на поддиапазоны (для каждого поддиапазона своя ВЦ и свой УРЧ), что обеспечит равномерное усиление по частотному диапазону и хорошую избирательность;

- использование коммутатора для подключения соответствующих рабочей частоте ВЦ и УРЧ (минимальное время перестройки УБ);

- наличие унифицированного синтезатора частот, обеспечивающего формирование высокостабильных опорных частот первого и второго преобразователей частоты;

- один каскад УПЧ1 и. необходимое число каскадов УПЧ2, обеспечивающих необходимый коэффициент усиления сигнала;

схему АРУ, обеспечивающую требуемый динамический диапазон приемника;

демодулятор, тип которого определяется способом модуляции сигнала.

Число поддиапазонов рассчитываем способом равных частотных интервалов:

(15)

где - частотный интервал одного поддиапазона для метрового диапазона волн порядка

.

Номиналы промежуточных частот fпч1 и fпч2 определяются по следующим соотношениям:

, (16)

(17)

где - параметр рассогласования антенно-фидерного тракта и входа приемника;

- требуемое подавление зеркальной помехи, в формулу подставляется в разах 1065[дБ]/20= 1778[раз];

- добротность контуров (30…60 для диапазона 30…60 МГц);

- функция числа каскадов УПЧ;

Т.к. мы имеем дело с сигналом F9, то эффективную полосу пропускания рассчитаем по формуле:

(18)

- полоса пропускания приемника.

Для определения значения необходимо определить число каскадов УПЧ2. При этом учитывают, что уровень сигнала на входе демодулятора составляет 1…3 В, а уровень входного сигнала приёмника

определён во втором разделе по формуле 6. Тогда требуемый коэффициент усиления равен:

где -- входной сигнал демодулятора, который должен быть равен (1...3) В, выберем

Необходимо распределить усиление напряжения принимаемого сигнала по функциональным каскадам структурной схемы приемника:

1) коэффициент усиления входной цепи выбирается из соотношения

,

выберем ;

2) во избежание самовозбуждения коэффициент усиления УРЧ следует выбрать

выберем ;

3) коэффициент передачи транзисторного преобразователя частоты

выбираем ;

4) коэффициент усиления УПЧ-1 выбираем Купч-1=9;

Тогда для -каскадного УПЧ-2 необходимо обеспечить коэффициент усиления, определяемый по формуле:

=9;

Такого коэффициента усиления можно добиться пятью каскадами УПЧ2

(), тогда:

, при этом выполняется условие .



Из стандартных номиналов промежуточных частот в соответствии с условиями выбираем:

Рассчитаем частоты гетеродинов:

(18)

На основании произведенных расчетов синтезируем функциональную схему приемного устройства, представленную на рисунке 5.

Рис. 3 Функциональная схема приемного устройства



Заключение

В ходе выполнения КР произведено:

- описание механизма распространения радиоволн метрового диапазона;

- энергетический расчет радиоканала;

- выбрана структурная схема приемного устройства и обоснована функциональная схема устройства.

При энергетическом расчете радиоканала пришли к выводу что при заданных исходных данных не обеспечивается высокая вероятность доведения сообщения, в следствии чего произведена замена штыревой антенны на рамочную антенну с ферритовым сердечником. При проектировании реального канала радиосвязи данные изменения необходимо согласовывать с заказчик и искать компромиссные пути повышения вероятности доведения сообщения (повышение соотношения сигнал/шум).



Список использованной литературы

Зеленевский В.В. Каналы связи в автоматизированных системах управления, МО РФ, 2005.- 439с.

Зеленевский В.В., Конспект лекций по курсу «Системы и сети связи».

Размещено на Allbest.ru

...