Многопозиционная фазовая модуляция в системах спутниковой связи с МДЧ

  • Вид работы:
    Тип работы
  • Предмет:
    Электротехника
  • Язык:
    Русский
    ,
    Формат файла:
    MS Word
    27,25 kb
  • Опубликовано:
    2008-12-09
Вы можете узнать стоимость помощи в написании студенческой работы.
Помощь в написании работы, которую точно примут!

Многопозиционная фазовая модуляция в системах спутниковой связи с МДЧ

Из представленной таблицы видно, что в данной системе из энергетических соображений можно использовать ФМн-сигналы с М равным 2,4 и частично 8.

4. Расчет показателя качества системы

Показателем качества данной системы является колличесво земных станций, ретранслируемых в одном стволе БРТР (N).

В общем случае N=fствола/fстанции, где

--fствола -- полоса частот, отведенная для одного ствола. дfствола=70 МГц (см.ТЗ.)

-- fстанции -- ширина спектра сигнала одной ЗС, ретранслируемой в данном стволе. fстанции=fс*Nк, (Nк=50 -- число телефонных каналов на одной ЗС (см.ТЗ.), дfс -- ширина спектра сигналов одного канала). Т.к. fс=R/log M (где R=64 кбит/с), то fстанции=Nк* *(R/log M)=64000*50/log M.(здесь,ранее и далее log имеет основание 2, исключая случаи, где оно не оговорено отдельно).

Далее приведена таблица расчета значений N в зависимости от различных М :

Кратность ФМ-сигнала

fстанции, кГц

         N


        2

      3200

     21.875


        4

      1600

     43.75


        8

      1066.667

    65.625



В стремлении достичь максимума показателя качества N, естественно выбрать сигнал ФМн с М=8 (N=65).

5. О построении ФМ и АФМ сигналов.

В основу принципов построения ФМ  сигналов заложено формальное расположение m сигнальных точек на окружности с радиусом R, зависящем от мощности (энергии посылки) сигнала,на равных расстояниях с угловым интервалом 2*/m радиан. Примеры совокупностей сигнальных точек-векторов для случаев m=2,4,8,16:

а)                               б)                                в)                                            г)

Если на посылке передается гармоническое колебание с параметрами a,,, тогда

                   ____________________

                    T                           

        __                                                       __     __        

R=\/E=      a^2*sin^2(*t+)dt =a*\/ T/ \/ 2

                   

                   0

Данное значение R совпадает с евклидовым расстоянием между центром окружности и любой точкой на ней. Для 2-х позиционного ФМ сигнала (рис. а) расстояние между сигланьными точками 2*\/E - это максимально возможное расстояние между точками круга с радиусом \/E. Оно полностью определяет потенциальную помехоустойчивость данной 2-х позиционной системы.

Расстояние между двумя гармоническими сигналами S1 и S2 длительностью Т1  отличающимися по фазе на угол

d=(S1,S2)=      (S1(t)-S2(t))^2dt =       (a*sin(*t+)-a*sin*t)^2dt  =

      ______________      ____     _______

=\/ (a^2)*T(1-cos) =\/2*E  *\/1-cos      ,где E=(a^2)*T/2

Ниже приведена таблица расчетов рассояний dm  между ближайшими вариантами сигнала в m-позиционных системах с ФМ и соответствующих проигрышей (по минимальному сигнальному расстоянию), текущей системы двухпозиционной (см. 7 стр 49.):

Кратность манипуляции К


Число фаз m


Минимальная разнсть фаз

Минимальное евклидово расстояние между сигналами dm


       d2/dm,дБ

1

2

2*\/E

0

2

4

/2

\/2*E=1.41*\/E

3.01

3

8

/4

\/(2-\/2)E=0.765\/E

8.34

4

16

/8

\/(2--\/2+\/2)E=

=0.39\/E

14.2

5

32

/16

\/(2--\/2+\/2+\/2)E=

=0.196\/E

20.2


Равномерное размещение всех сигнальных точек на окружности, т.е. использование равномощных сигналов, отличающихся лишь фазой, является оптимальным только для 2-х, 3-х и 4-х позиционных случаев. При m>4 оптимальными будут неравномощные сигналы, которые кроме отличия по фазе имеют различие по амплитуде. Размещены они равномерно, обычно внутри окружности, радиус которой определяется максимально допустимой энергией сигнала. С точки зрения теории модуляции такие сигналы относятся к сигналам с комбинированной модуляцией, при которой одновременнo изменяется несколько параметров сигнала. В данном случае амплитуда и фаза (сигналы с амплитудно-фазовой манипуляцией АФМн). Простейший принцип построения сигналов с АФМн состоит в том, что сигнальные точки размещаются на двух концентрических окружностях. Однако, этот путь не всегда приводит к оптимальному результату. Например: 8-ми позиционный сигнал с АФМн:

                                                                                                                                         ___           

4 сигнала размещены на окружности с радиусом R=\/E   , а 4 на окружности r<R со сдвигом по фазе /4 (сигнальные точки расположены рядом с их соответствующими номерами). Данная совокупность сигналов оптимизируется по критерию максимума минимального расстояния между сигналами, путём выбора отношения радиусов R и r. Оптимальное отношение R/r=1.932 определяется чисто из геометрических соображений: чем больше r, тем больше расстояние между сигнальными точками окружности радиуса r, но тем меньше расстояния между этими точками и токами окружности радиуса R. Пэтому искомый максимум R/r достигается тогда, когда эти расстояния будут равны т.е. равносторонним будет треугольник 854, а это будет только тогда, когда искомое отношение равно указанному. При этом оптимальном отношении минимальное расстояние между сигналами d8=0.73\/E (см.7.стр.51). Это расстояние меньше,чем у системы 8-ми позиционных ФМн-сигналов, расположенных на одной окружности радиуса R(см. последнюю таблицу). Таким образом, в случае трехкратной системы размещение сигнальных векторов на двух концентрических окружностях не дает выигрыша. Оптимальным по критерию максимума минимального расстояния оказывается простейшая 8-ми позиционная система с АФМн, у которой 7 сигнальных точек размещены на окружности радиуса R=\/E, а восьмой сигнал равен нулю:

                      

МИНИМАЛЬНОЕ РАССТОЯНИЕ У ТАКОЙ СИСТЕМЫ d8=0.86\/E, ЧТО БОЛЬШЕ, ЧЕМ  d8 ФМн.

Далее рассмотрим 16-позиционные АФМн-сигналы.

Расстояние между ближайшими сигнальными точками в 16-ти позиционной ФМн системе d16=0.39\/E, что соответствует проигрышу в 14.2 дБ по сравнению с 2-х позиционной (см. посл. табл.). В круге данного радиуса можно построить лучшую систему сигналов с АФМн. Примером построения такой системы является система, у которой нечётные сигналы равномерно размещены на окружности большого радиуса с интервалом /4, а чётные -- с тем же интервалом на окружности меньшего радиуса, но с общим сдвигом по фазе относительно нечётных на угол /8:


Оптимальное соотношение между радиусами R/r=1.587. При этом отношении минимальное расстояние между сигналами d16=0.482\/E. Таким образом минимальное расстояние между сигналами в 16-ти позиционной АФМн сигнале больше, чем в аналогичной ФМн. Следовательно и помехоустойчивость в 16-типозиционной АФМн системе выше при таком расположении векторов, чем в аналогичной ФМн системе, при равномерном размещении сигнальных точек на окружности.

Другим ярким примером 16-ти позиционных АФМн сигналов является система, в которой сикнальные точки размещены в узлах квадратной решетки:

                      

Минимальное расстояние между сигнальными точками (d16=0.47\/E) хоть и меньше, чем в предыдущем примере, но такой сигнал удобен с точки зрения практической реализации.

При всех своих достоинствах АФМн сигналы имеют довольно серьёзный недостаток  -- это неравномощность вариантов. По этой причине возникают определённые трудности как при их передачи(особенно при наличии нелинейных преобразований, которые обычно имеют место, например на БРТР), так и при оптимальной обработке. По этим причинам   в рассматриваемой здесь системе не будем переходить от 8-ми позиционных ФМн сигналов к аналогичным АФМн (хотя необходимо отметить относительно весомое превосходство последних по помехоустойчивости). Однако, в том случае, если необходимо в одном БРТР ретранслировать число станций большее, чем 65 (при Pош=const), то придётся сделать переход к сигналам с шестнадцатью позициями фазы, т.к. при возрастании m в сигналах с ФМн, при равномерном расположении сигнальных точек на окружнсти, резко ухудшается помехоустйчивость. 8-ми позиционные сигналы АФМн довольно часто нахoдят применение именно по этой причине.

               6. Приемник земной станции.

В общем случае спектр сообщения на входе приемника ЗС выглядит следующим образом:

Требуется выделить сигналы от каждой станции,следовательно  необходим блок полосовых фильтров:

 

Упрощенная структурная схема приемника ЗС:


Обозначения на схеме: Ф-высокочастотный фильтр, УВЧ- усилитель высокой частоты (параметрический, ЛБВ и т.д.), СМ - смеситель (преобразователь частоты; в зависимости от ширины спектра сигнала и несущей частоты возможно одно, два или даже  три преобразования частоты; ограничимся в данном приемнике одним ПЧ, если же полученной при этом избирательности по зеркальному каналу в общем тракте окажется недостаточно, придется переходить на 2-х кратное ПЧ и т.д.);  Г- гетеродин; ПФ - полосовые фильтры; т.к. от них требуется высокая крутизна АЧХ, то обычно в качестве ПФ используются фильтры Чебышева или  Баттерворта высокого порядка; УПЧ - усилители промежуточной частоты: в них осуществляется основное усиление, полоса пропускания УПЧ fупч=fстанции+fнест, гдеfнест=0.00001--0.000001 - запас на нестабильность частоты.Пустьfнест=0.00001, тогда fнест=0.00001*fo =0.00001*11 Ггц; ОД- общий демодулятор, РУ - решающее устройство; ВСК - временной селекторный каскад (в нем происходит разделение каналов);  КД - канальные демодуляторы, выделяющие сообщение; Дек. - ЦАП.

Рассмотрим работу некоторых узлов приемника более подробно.

1) Общий демодулятор.

                                     

x(t)*Si(t)dt>x(t)*Sj(t)dt

                                     

j=1,2,...m. i не равно j

где х(t) - принятый сигнал                                   (1)

Так как принимаемый сигнал - ФМ, то входящие в (1) опорные сигналы Sj  представляют собой гармонические колебания с соответствующими начальными фазами Sj= sin (t + j); j=1,2,...,m.

Общая схема когерентного  демодулятора с ФМ m=8 [7,стр.95]

Схема содержит m=8 корреляторов и решающее устройство сравнения и выбора максимального из выходов корреляторов. Вопросы реального формирования опорных колебаний описаны в (7)Число опорных колебанийи соответственно корреляторов в демодуляторе сигналов с ФМ меньше, чем число вариантов фазы. Число опор  многопозиционных  ФМ сигналов может быть сведено к двум, если применить соответствующий вычислитель.

Пусть имеются свертки принятого сигнала x(t) и квадратурных опорных колебаний с произвольной начальной фазой о, т.е.

                               

Xo=x(t)*sin(t+o)

       

                                                                                                                      (2)

                       

Xo=x(t)*cos(t+о)

       

Тогда любой из интервалов: входящих в алгоритм (1), можно представить через (2) по формуле:

Vi=Xo*cos(j-o) +Yo*sin(j-o)        (3),

следовательно общая схема когерентного демодулятора сигналов с многопозиционной ФМн может быть представлена в следующем виде:

В этой схеме автономный генератор и фазовращатель на /2 вырабатывают квадратурные опорные колебания с произвольной начальной фазой о; в 2-х корреляторах вычисляются проекции принятого сигнала на эти опорные колебания, в вычислителе по формуле (3) вычисляются значения Vj, а затем определяется максимальное из них. Для работы схемы необходимы точные значения разностей j-o между фазами вариантов принимаеиого сигнала и фазой опорного колебания в корреляторах. Эти разности фаз после их нахождения вводятся в вычислитель.

Подробные сведения о работе демодуляторов сигналов с много позиционной ФМ можно найти в [7].

2) Система синхронизации

В системе синхронизации есть подсистемы:

а) подсистема тактовой синхронизации;

б) подсистема, обслуживающая декодер (ЦАП);

в) подсистема, управляющая разделением каналов.

7. Учет недостатков МДЧР при равномерной расстановке частот сигналов.

При МДЧР вследствие одновременного воздействия многих сигналов на нелинейный выходной усилитель мощности ствола ретранслятора, возникает ряд нежелательных эффектов: снижается общая полезная мощность на выходе УМ; появляются интермодуляционные искажения из-за нелинейности амплитудной характеристики УМ, происходит взаимное подавление сигналов. Эти недостатки приводят к снижению пропускной способности систем, под которой понимаем число станций (сигналов), обслуживаемых одним стволом БРТР.

Сигнал, занимающий среднее положение в полосе частот ствола, при равномерном распределении мощностей сигналов находится в наихудшем положении, так как на него приходится наибольший уровень интермодуляционных искажений  Если необходимо выровнять помехоустойчивость приемников различных станций, то распределение мощностей сигналов должно быть принято неравномерным.

8. Заключение

В курсовом проекте дано краткое описание спутниковой системы связи с МДЧР с равномерной расстановкой частот сигналов; достаточно подробно выполнен раздел, посвященный выбору сигнала и перспективам применения в данной системе сигналов с АФМ; менее подробно рассмотрены вопросы приема выбранного сигнала . Более полные сведения о тех или иных разделах данной работы можно получить из соответствующих первоисточников, которые указаны по тексту.






ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ НА ККК.

1.  Тип системы : ССС с МДЧР

2.  Число телефонных каналов на данной земной станции (ЗС) - 50.

3. Средняя частота работы ретранслятора (РТР)

fo =11 ГГц

4. Вероятность ошибки на 1 символ:

Рош=10^(-5)

5. Коэффициент усиления антенны бортового РТР

Ga прд =30 дБ

6. Диаметр антенны приемника ЗС

Da прм=7 м

7. Ширина полосы частот, отводимая стволу  f ств=70 Мгц

8. Мощность бортового ПРД

Р прд=10 Вт





ЛИТЕРАТУРА

1."Проектирование систем передачи цифровой информации." под ред. Пенена П.И.

2."Проектирование многоканальных систем передачи информации" Когновицкий Л.В.

3."Основы технического проектирования систем связи через ИСЗ". Фортушенко А.Д. и др.

4." Справочник Спутниковая связь и вещание." под ред.   Кантора Л.Я., 1988г.

5."Системы передачи цифровой информации".Пенин П.И.

6."Антенны и устрйства СВЧ". Сазонов Д.М.

7."Цифровая переадача информации фазомодулированными сигналами". Окунев Ю.Б.

8."Помехоустойчивость и эффективность СПИ" под ред, Зюко А.Г.

9."Оптимизация по пропускной способности сисем связи с частотным разделением". Когновицкий Л.В. Касымов Ш.И. Мельников Б.С. 




































             КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

                        ПО КУРСУ

СИСТЕМЫ ПЕРЕДАЧИ ИНФОРМАЦИИ

                        НА ТЕМУ    

   "МНОГОСТАНЦИОННЫЙ ДОСТУП С

 

ЧАСТОТНЫМ РАЗДЕЛЕНИЕМ КАНАЛОВ."

ФАКУЛЬТЕТ                                                                                РТФ

ГРУППА                                                                                        Р-8-91

СТУДЕНТ                                                                                      АСАТРЯН С.Р.

РУКОВОДИТЕЛЬ                                                          КОГНОВИЦКИЙ Л.В

Похожие работы на - Многопозиционная фазовая модуляция в системах спутниковой связи с МДЧ

 

Не нашел материал для своей работы?
Поможем написать качественную работу
Без плагиата!