Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Радиоприемное устройство - одно из важнейших и необходимых элементов любой радиотехнической системы передачи сообщений. Оно обеспечивает: улавливание энергии электромагнитного поля, несущего полезную информацию; усиление мощности сигнала и преобразование его в сообщение, поступающее к получателю. В месте приема существуют посторонние электромагнитные поля, создаваемые источниками радиопомех естественного и искусственного происхождения. Эти электромагнитные поля искажают полезный сигнал и вызывают ошибки в приеме сообщений.

В связи с насыщением окружающего пространства радиотехническими средствами неизбежно увеличивается уровень радиопомех искусственного происхождения, возможно также появление умышленных радиопомех. В этих условиях обеспечение высокой достоверности приема сообщений становится более сложным. Необходимая достоверность приема сообщений может быть реализована только на основе комплексного подхода к построению помехоустойчивых систем передачи сообщений. А также учитывая, что реальные условия приема сигналов изменяются во времени, структура приемника и режимы его элементов должны оптимизироваться с целью обеспечить минимальную величину ошибки в приеме сообщений. Поэтому в приемнике предусматриваются автоматические регулировки усиления, избирательности, формы характеристик, обеспечивающие адаптацию приемника к изменяющимся условиям приема сигналов.

Таким образом, современное профессиональное радиоприемное устройство представляет собой адаптивный комплекс элементов, обеспечивающий оптимальную обработку смеси полезного сигнала и радиопомех. Этот комплекс обеспечивает три операции: 1) улавливание электромагнитных колебаний полезного радиосигнала из окружающего пространства и передачу их приемнику; 2) оптимальную обработку смеси сигнала и радиопомех с целью выделения первичного электрического сигнала, соответствующего сообщению (выделение спектра полезного сигнала, усиление, детектирование, декодирование); 3) преобразование первичного электрического сигнала в сообщение.

Развитие цифровых систем мобильной радиосвязи является одной из главных составляющих мирового прогресса в сфере телекоммуникаций. С каждым годом темпы развития данного вида связи увеличиваются. На текущий момент широкое распространение среди стандартов мобильной связи в России получили системы второго поколения GSM и CDMA, системы третьего поколения UMTS, WCDMA. Выданы разрешения на развертывания систем четвертого поколения LTE, и в некоторых регионах такие сети запущены в эксплуатацию в тестовом режиме.

1. Цель и задачи

Цель курсового проектирования: спроектировать главный тракт приема (преселектор, преобразователь частоты, демодулятор) УПОРС мобильного аппарата для СПРС.

Задачи:

· Составить структурную схему главного тракта приема;

· Описать принципы работы каждого блока схемы главного тракта приема УПОРС СПРС;

· Выполнить подбор современной элементной базы в соответствии с техническим заданием;

· На основании выбранных элементов составить принципиальную схему главного тракта приема.

2. О стандарте GSM-900

GSM (Global System for Mobile Communications) -- глобальный цифровой стандарт для мобильной сотовой связи, с разделением частотного канала по принципу TDMA и средней степенью безопасности. Разработан под эгидой Европейского института стандартизации электросвязи (ETSI) в конце 80-х годов. Стандарт разрабатывался как замена старым аналоговым стандартам, в основном для крупных городов с большой плотностью населения. Существует несколько модификаций этого стандарта: GSM-900, GSM-1800 и GSM-1900 (американская версия).

Стандарт GSM является цифровым и обеспечивает высокое качество и конфиденциальность связи и предоставляет абонентам большой набор услуг: автоматический роуминг, прием/передача данных, SMS-сервис, голосовая и факсимильная почта.

Диапазон частот, в котором работает GSM-900: 890--915 МГц -- для связи от телефона к базовой станции, 935--960 МГц -- для связи от базовой станции к телефону. (как раз тот диапазон, на который мы расчитываем приемный тракт в данной курсовой) Для стандарта GSM-1800: 1710--1785 МГц и 1805--1880 МГц соответственно. Шаг сетки каналов -- 200 КГц, максимальная емкость одной базовой станции -- 992 абонента. Мощность передатчиков абонентских устройств GSM-900 около 2 Вт,GSM-1800 -- 1 Вт. В стандарте GSM применяется GMSK модуляция с величиной нормированной полосы ВТ -- 0,3, где В -- ширина полосы фильтра по уровню минус 3 дБ, Т -- длительность одного бита цифрового сообщения.

Преимущества стандарта GSM:

§ Меньшие по сравнению с аналоговыми стандартами (NMT-450, AMPS-800) размеры и вес телефонных аппаратов при большем времени работы без подзарядки аккумулятора. Это достигается в основном за счёт аппаратуры базовой станции, которая постоянно анализирует уровень сигнала, принимаемого от аппарата абонента. В тех случаях, когда он выше требуемого, на сотовый телефон автоматически подаётся команда снизить излучаемую мощность.

§ Хорошее качество связи при достаточной плотности размещения базовых станций.

§ Большая ёмкость сети, возможность большого числа одновременных соединений.

§ Низкий уровень индустриальных помех в данных частотных диапазонах.

§ Улучшенная (по сравнению с аналоговыми системами) защита от подслушивания и нелегального использования, что достигается путём применения алгоритмов шифрования с разделяемым ключом. Эффективное кодирование (сжатие) речи. EFR-технология была разработана фирмой Nokia и впоследствии стала промышленным стандартом кодирования/декодирования для технологии GSM.

§ Широкое распространение, особенно в Европе, большой выбор оборудования. На сегодняшний день стандарт GSM поддерживают 228 операторов, официально зарегистрированных в Ассоциации операторов GSM из 110 стран.

§ Возможность роуминга. Это означает, что абонент одной из сетей GSM может пользоваться сотовым телефонным номером не только у себя «дома», но и перемещаться по всему миру переходя из одной сети в другую не расставаясь со своим абонентским номером. Процесс перехода из сети в сеть происходит автоматически, и пользователю телефона GSM нет необходимости заранее уведомлять оператора (в сетях некоторых операторов, могут действовать ограничения на предоставление роуминга своим абонентам, более детальную информацию можно получить обратившись непосредственно к своему GSM оператору)

Недостатки стандарта GSM:

§ Искажение речи при цифровой обработке и передаче.

§ Связь на расстоянии не более 120 км от ближайшей базовой станции даже при использовании усилителей и направленных антенн. Поэтому для покрытия определённой площади необходимо большее количество передатчиков, чем в NMT-450 и AMPS.

3. Выбор структурной схемы приемника

В качестве структурной схемы проектируемого приемника была выбрана схема супергетеродинного приемника с однократным преобразованием частоты. Данный выбор основан на том, что схема прямого усиления не может обеспечить заданные показатели чувствительности и избирательности, схема прямого преобразования сложна в проектировании и главной проблемой является трудность синхронизации колебаний местного гетеродина с принимаемым сигналом с точностью до фазы. А схема супергетеродинного приемника позволяет получить хорошую избирательность, поскольку основная селекция происходит на более низкой частоте, по сравнению с принимаемым сигналом и добиться высокой чувствительности.

Проектирование структурной схемы приемника традиционно подразделяется на проектирование тракта высокой частоты (ВЧ) и низкой частоты (НЧ). Назначение ВЧ тракта заключается в частотно-избирательном усилении полезного сигнала с целью выделения его из совокупности мешающих колебаний, воздействующих на вход приемника, и доведения его уровня до значения, обеспечивающего заданный режим работы детектора сигнала. Назначение тракта НЧ сводится к усилению без искажений выходного напряжения детектора сигнала для получения на выходе приемника заданных значений выходного напряжения или выходной мощности.

Тракт ВЧ супергетеродинного приемника состоит из трактов радиочастоты и промежуточной частоты. Входящие в них каскады имеют определенное функциональное назначение.

Назначение входной цепи (ВЦ) - предварительная селекция и передача энергии полезного сигнала от антенны ко входу первого каскада с наименьшими потерями и искажениями. Вместе с фильтрами усилителя радиочастоты (УРЧ) ВЦ обеспечивает требуемую избирательность по зеркальному, прямому и другим побочным каналам приема. В диапазоне УКВ обычно применяют одноконтурные ВЦ в режиме оптимального согласования по шумам, в следствии получения максимальной чувствительности.

Назначение УРЧ - уменьшение коэффициента шума приемника, дополнительное подавление зеркального, прямого и других побочных каналов приема, усиление полезного сигнала. В каскадах УРЧ чаще всего применяют одноконтурные фильтры, а коэффициент усиления выбирают небольшим, чтобы избежать избыточного усиления мешающих сигналов, попадающих в полосу пропускания преселектора, которые могут быть причиной появления перекрестных и интермодуляционных искажений в следующем каскаде. Поэтому число каскадов УРЧ выбирают не больше одного - двух, а общий коэффициент усиления не более 5-10.

Назначение усилителя промежуточной частоты (УПЧ) - обеспечение избирательности приемника по соседним каналам приема и основного усиления приемника до детектора. Кроме того, фильтры УПЧ определяют полосу пропускания и форму АЧХ ВЧ тракта приемника.

4. Выбор элементной базы

Выбор фильтра

Согласно техническому заданию фильтр должен удовлетворять следующим параметрам:

Ш Диапазон рабочих частот - 935 - 960 МГц;

Ш Уровень боковых лепестков АЧХ не более - 35 дБ;

Ш Волновое сопротивление тракта СВЧ с0 = 50 Ом;

Ш Полоса пропускания преселектора УПОРС находится на уровне - 3 дБ.

Я выбрал Полосовой фильтр на ПАВ для GSM 900, с маркировкой: SAFEA942MFL0F00, производитель Murata. [4]

Данный фильтр обладает следующими характеристиками:

1. Маленькая высота (0.5mm(max.))

2. Низкие вносимые потери (2.3 dB max.)

3. Высокая селективность (at 905 to 915 MHz ; 25 dB min.)

Таблица 1.

Частотные характеристики фильтра: [4]

Рис 3. Частотные характеристики

Габариты: [4]

Рис 4. Размеры 

Выбор УРЧ (МШУ)

Согласно техническому заданию фильтр должен удовлетворять следующим параметрам: цифровой мобильный приемник демодулятор

Ш Диапазон рабочих частот - 935 - 960 МГц;

Ш Волновое сопротивление тракта СВЧ с0 = 50 Ом;

Я выбрал усилитель HMC372LP3 от производителя Hittite.

Особенности

* Коэффициент шума: <1 дБ

* +34 дБм IP3

* Коэффициент усиления: 15 дБ

* Очень стабильное усиление

* Питание: +5 В при 100 мА

* 50 Ом согласованный выход

Типичные области применения

* GSM, GPRS и EDGE

* CDMA и W-CDMA

* Частные Наземная мобильная радиосвязь

Общее описание

HMC372LP3 (Е) GaAs МИС PHEMT малошумящий усилитель, который идеально подходят для GSM и CDMA сотовых базовых станций работающий в частотах 700-1000 МГц. Усилитель был оптимизирован для 1 дБ шума, 15 дБ до +34 дБм IP3 от одного источника питания +5 В при 100 мА. Входные и обратные выходные потери 25 и 14 дБ соответственно.

Габариты: [5]

Рис 5. размеры

Выбор смесителя и УПЧ

Мной был выбрана микросхема ADL5357 от Analog Devices. Причина по которой я отдал предпочтение именно этой микросхеме, не смотря на то, что на рынке присутствуем большое количество смесителей, удовлетворяющих ТЗ, кроется в том, что в данной микросхеме внутри присутствует не только смеситель, но УПЧ, LO Буфер и RF балун.

Характеристики:

· Диапазон частот от 500 МГц до 1700 МГц

· Промежуточная частота от 30 МГц до 450 МГц

· Преобразование энергии усиления: 8,6 дБ

· SSB шума на 9,1 дБ

· SSB шума с 5 дБм блокатора 19,5 дБ

· Входной IP3 на 26,6 дБм

· Входной P1dB на 10,2 дБм

Функциональная схема: [6]

Функциональная схема

Габариты: [6]

Выбор демодулятора

Я выбрал демодулятор HMC597LP4 от производителя Hittite. Плюсом к выбору его является тот факт, что в нем интегрирован RF балун, что позволяет мне использовать меньше элементов в схеме.

Особенности [7]

* Высокая линейность: +25 ДБм IIP3 и +60 дБм IIP2

* Низкий уровень шума: 15 дБ

* Высокая интеграция: в чипе присутствует RF балун

Типичные области применения

* Cellular/PCS/3G

* Базовые станции и ретрансляторы

* GSM / GPRS, WCDMA и TD-SCDMA

* WiMAX, WiBro и фиксированной беспроводной

Общее описание

HMC597LP4 (Е) с высокой степенью интеграции SiGe широкополосного прямого преобразования I/Q демодулятора RFICs, которые идеально подходят для высоких динамических приемников рабочий диапазон от 100 - 4000 МГц в сотовых и беспроводных широкополосных приложений инфраструктуры. Предоставление очень высокий уровень интеграции по сравнению с дискретными решениями, HMC597LP4 (Е) особенности на чипе RF балун. Также идеально подходит для радио программное обеспечение и другие приемники многополосный, HMC597LP4 (E) демодулятор находится в компактном 4x4 мм пакет SMT QFN и обеспечивает исключительно высокий динамический диапазон. LO требует от -6 до +6 дБм и может управляться в одной состава режиме. I и порты Q, у которых на выходе дифференциальное выходное сопротивление 400 Ом, что делает возможным прямое подключение к каналу фильтров и АЦП. Данное устройство оптимизировано для напряжения питания +4,5 В до +5,5 В и потребляет 200 мА @ +5 V питания. [7]

Функциональная схема:

Таблица 3. Параметры

Заключение

В данном курсовом проекте я в конечном итоге разработал принципиальную схему главного тракта приема мобильного аппарата, работающего в сети GSM-900. Элементная база была подобрана из современных микросхем, присутствующих на рынке на данный момент. Я тем самым показал, что для GSM-900 можно использовать супергетеродинную схему приема работающую в диапазоне частот 935-960 MHz, а не только схему с прямым преобразованием.

На самом деле представленная мной схема является простейшей, так как в реальных телефонах используют в основном супергетеродинные приемники с двойным преобразованием частот.

Проделанная работа была очень интересной и позволила повысить свой уровень знаний практическим путем, так как теперь я имею представление о современных решения и микросхемах в области приема и обработки сигналов в системах подвижной радиосвязи. Так же теперь я могу ориентироваться в параметрах и характеристиках современного оборудования.

Список используемых источников

1. А.И. Фалько. Расчет преселекторов радиоприемных устройств: учебное пособие/ СибГУТИ. - Новосибирск, 2009, 145с.

2. В.Я. Вайспапир, Г.П. Катунин, Г.Д. Мефодьева. ЕСКД в студенческих работах: учебное пособие/ СибГУТИ. - Новосибирск,2004.-101с.

Размещено на Allbest.ru