Радиоканал межспутниковой передачи данных

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Южный федеральный университет»

Институт радиотехнических систем и управления

Курсовой проект

по курсу ОПТС и С на тему:

«Радиоканал межспутниковой передачи данных»

Задание № 25

Работу выполнил:

студент гр. РТбо4 - 6

Бурдейник А.В

Проверил: доц. Алёхин В. А

г.

Введение

Проектирование радиоканала межспутниковой передачи данных будет производиться на основе технического задания, выданного руководителем. Если какие-либо требования окажутся практически нецелесообразными или невыполнимыми, будет произведена корректировка ТЗ, чтобы найти компромиссное решение при имеющихся в настоящее время технических средствах.

Исходные данные

) Способ информационного обмена симплексный;

) Дальность радиосвязи r=6000 км;

) 4)5) 6) 7) 8) Достоверность приёма-вероятность байтовой ошибки ;

)

)Коэффициенты полезного действия передающего и приёмнно-фидерных трактов ƞ=0.8;

)Коэффициент использования площади раскрыва передающей и приёмной антенн =0.7;

Анализ технического задания

Анализируя содержание этого технического задания на полноту исходных данных, можно отметить, что:

) Условия эксплуатации можно считать ординарными.

2) Структура информационных потоков байтовая, следовательно система цифровая.

) Так как данные, передаваемые по межспутниковому каналу, представляют собой контрольно-измерительную информацию, служебные команды, компандирование в данной системе применяться не будет.

) Корректирующее кодирование, как и командирование, не является обязательной процедурой на передающей стороне радиоканала, в данном курсовом проекте применяться не будет.

1. Выбор способа групповой синхронизации

Применим маркерную синхронизацию →(1 канал +1 маркер),.

2. Выбор вида и характеристик канального кодирования

Канальное кодирование заключается в кодопреобразовании сформированной ранее последовательности кодовых комбинации в новую последовательность, обладающую определенными свойствами, обеспечивающими её успешное прохождение радиоканала и восстановление в приемной аппаратуре.

В данной системе было применено биимпульсное биполярное кодирование (код Манчестер II).

3.Выбор частоты несущего колебания

На основании того, что крайне высокие частоты (КВЧ-миллиметровый диапазон) f= 3 ГГц - 30 ГГц (λ = 0,1-0,01 м)отражаются практически всеми препятствиями, свободно проникают через ионосферу их часто используются в космической связи. Для проектирования радиоканала межспутниковой передачи данных была выбрана нижняя граница КВЧ, т.е f=3 ГГц.

4. Расчёт скорости модуляции

=,

где  Полоса пропускания приемника (расчет полосы частот осуществлён ниже),

5. Выбор вида модуляции несущего колебания

Самым оптимальным видом модуляции, как показали расчеты, оказался ФМ4.

=0.73, где =;

Должно выполняться ≤2,для реальных систем 0.39…0,8.

Удельная скорость передачи канала:

===1.46 ;

==0,73;

=4, т.к. V= от сюда следует- 64=, где

===1,948 от сюда следует:

 не подходит

 подходит

Смысла использовать =8 нет, так как при =4<2.

- удельная скорость передачи информации бита в секунду на Герц полосы пропускания канала.

6. Определение требуемой полосы пропускания приёмника

Полоса пропускания приемника определяется формулой

f_пр=f_упч=f_сигн+2f_д+2 σ_fнест / К_фапч,

где

передатчика от номинального значения;

 - эффективная ширина спектра сигнала.

У дискретных ФМ - радиосигналов (прямоугольных радиоимпульсов)

;

В качестве задающего генератора (ЗГ) выберем транзисторный многокаскадный генератор с кварцевой стабилизацией частоты и умножением частоты. В качестве гетеродина примем генератор на отражательном клистроне.

Относительные неточности настроек частот гетеродина и передатчика примем:

Значение промежуточной частоты:

При этом σ_fупч = δ_fупч =0.002 = 3.6Гц.

σ_fг = δ_fг  = δ_fг (f_п - f_пч) = 10^-6 (310⁹-1.84) ≈ 2.910³ Гц.

= 1,3710⁶=45Гц.

=

Полоса частот существенно превышает эффективную ширину спектра сигнала. Имеется два пути решения данной проблемы:

выбор высокостабильных и точно настроенных генераторов

-оставить прежние генераторы и выбрать ЧАП или ФАПЧ.

Пойдём по второму пути и применим ФАПЧ, что позволяет нам величины нест исключить, т.к. при ФАПЧ К_фапч ≈ ∞,тогда полоса пропускания приёмника будет определяться лишь значением

=45Гц.

7. Определение коэффициента шума приёмника

Коэффициент шума k_ш обусловлен не только собственными шумами приемника, определяемыми главным образом первыми каскадами радиочастотного тракта, но внешними шумами, характеризуемыми шумовой температурой антенны

,

Где -суммарная эквивалентная эффективная шумовая температура приемной части радиоканала, пересчитанная к облучателю антенны;

- стандартная шумовая температура, принимаемая в расчетах 290 Кельвинов;

,

Где -шумовая температура антенны, порожденная внешними источниками теплового шума-космоса, атмосферы;

-шумовая температура фидера, соединяющего антенну со входом приемника, пересчитанная к антенне;

 - шумовая температура собственно приемника, пересчитанная к антенне;

 ,

Где - эквивалентная шумовая температура космических шумов;

- температура Земли, равная 290 Кельвинов;

- коэффициент поглощения на трассе распространения;

Величина  не зависит от решений разработчика приемной аппаратуры, а

,где

-собственный коэффициент шума приемника.

- диодный смеситель; 2 - усилитель на туннельном диоде; 3 - смеситель с восстановлением зеркального канала; 4 - усилитель на биполярном транзисторе; 5 - усилитель на полевом транзисторе; 6 - параметрический усилитель, неохлаждаемый; 7 - параметрический охлаждаемый усилитель.

На рис.2 приведены значения шумовой температуры различных усилителей радиочастоты в зависимости от частоты. Примем в качестве усилителя радиочастоты транзисторный усилитель с коэффициентом шума дБ, что в относительных единицах соответствует значению 4.

Найдем- коэффициент передачи антенного фидера, равный

,

где  - погонное затухание;

 - длина фидера;

При выборе типа фидера ссылаемся на таблицу 12 (методическое пособие (4351)

Выбираем, в качестве фидера прямоугольный медный посеребренный волновод, имеющий на частоте 3 ГГц δ_ф ≈ 0,022 дБ/м. Коэффициент передачи такого фидера длиной l_ф =1м :

Т_А = ==309 К, где а ≈ 0.2,

=Т_атм=15 К,при =10˚,

=1.051 Дб (1.27 в разах),

=15 К.

===2.92 К;

==(4-1)290=870 К;

===878 К;

=309+2.92+878=1189 К;

==5.1=7.08 Дб;

8. Определение коэффициента различимости

Коэффициентом различимости k_р называют отношение энергии Е_эи элементарного импульса сложного или простого дискретного радиосигнала к спектральной плотности мощности теплового шума N₀ на входе приемной части радиоканала (в раскрыве приемной антенны), при котором обеспечивается требуемая достоверность приема дискретного сигнала:

Пороговое значение отношения сигнал/шум q_пор является его минимально допустимым значением, при котором обеспечивается заданная вероятность ошибочных решений P₀ при распознавании элементарных сигналов. канальный кодирование приёмник колебание

В реальном приемнике имеют место потери отношения сигнал/шум относительно оптимального приемника. Эти потери характеризуются некоторым результирующим коэффициентом потерь:

в i-м узле приёмного устройства.

α₁ - потери в высококачественном тракте, вызываемые затуханием энергии сигналов в элементах СВЧ или ВЧ-тракта, антенных коммутаторах, волноводных сочленениях, фазовращателях, разветвителях и т.п.

В среднем можно считать α₁ ≈ 1.6;

α₂ - потери из-за расстройки частоты принимаемого сигнала относительно резонансной частоты приемника. Предполагая, что эта расстройка не превышает половины полосы пропускания приемника, можно считать α₂ ≈ 1.4;

α₃ - потери, вызванные заменой оптимального фильтра в приемнике фильтром, согласованным только по полосе пропускания, можно считать α₃≈1.24 при прямоугольной форме импульса и АЧХ приёмного полосового фильтра-одиночный колебательный контур ;

α₄ - потери, связанные с расширением полосы пропускания приемника по сравнению с согласованной. Величина этих потерь может быть оценена приближенным равенством:

α₅ - потери, связанные с детектированием радиосигнала.

Так как когерентное опорное колебание выделяется из принимаемого радиосигнала, то оно имеет шумовой компонент. В этом случае можно принять α₅ ≈ 1.1.

Так как в техническом задании достоверность приема задается вероятностью Р_ош ошибки на дискретный отсчет первичного сигнала (вероятность ошибочного приема кодовой комбинации), то для расчета q_пор надо пересчитать Р_ош в Р₀ по формуле

Р_ош =1-(1-Р₀)ⁿ ,

=1-(1-Р₀)⁸ , Р₀₌ 1.250;

Пороговое отношение сигнал/шум q_пор находим, используя формулу:

1.250

,

9.Расчёт чувствительности приёмника

10. Выбор антенно-фидерных трактов

Для полного эскизного энергетического расчета дискретного канала радиосвязи необходимо выбрать типы передающей и приемной антенн, рассчитать их характеристики, (коэффициент усиления G и основные геометрические размеры).

Выбираем в качестве приёмной и передающей антенны -апертурную антенну(зеркальная антенна).

Эта формула применена и для апертурных антенн, одной из важных характеристик которых является их эффективная площадь раскрыва

S_эф=КИП,

где S - геометрическая площадь раскрыва,

КИП - коэффициент использования площади раскрыва, зависящий от распределения поля в раскрыве передающей антенны и эффективности извлечения энергии радиоволн из электромагнитного поля приемной антенной.

 ;

где, КИП- коэффициент использования площади раскрыва, зависящий от распределения поля в раскрыве передающей антенны и эффективности извлечения энергии радиоволн из электромагнитного поля приемной антенной.

Рассчитаем диаметр зеркала:

 ;

Ширина диаграммы направленности

Коэффициент(50…75)учитывает характер распределения электромагнитного поля в раскрыве антенны и ее конструкцию. В эскизных расчетах принято считать этот коэффициент равным 60.

Рассчитаем КНД и коэффициент усиления

;

 (23.2 дБ),

где ƞ-КПД антенной системы.

11. Расчёт мощности передатчика

Мощность передатчика должна быть достаточной, чтобы во всех возможных условиях эксплуатации системы, на выходе приемной антенны создавалась мощность радиосигнала  не меньшая, чем чувствительность приемной части радиоканала

Заключение

В данной работе были рассмотрены вопросы, связанные с проектированием радиоканала межспутниковой передачи данных. Также составлена функциональная схема всего тракта радиосвязи.

Характеристики радиоканала межспутниковой передачи данных, полученные в результате расчетов, сведём в таблицу:

Список использованной литературы

.   В.А. Алехин, А.П. Горбенко «Проектирование телекоммуникационных систем. Часть 1. Дискретный канал передачи аналоговых сообщений», Таганрог: Изд-во ТТИ ЮФУ,2009.-124с.

2.      В.А. Алёхин, В.Т. Корниенко, В.В. Шеболков «Построение дискретного радиоканала передачи аналоговых сообщений», Учеб. Пособие, Таганрог: Изд-во ТТИ ЮФУ, 2009г.

.        В.А. Алехин , конспект лекции.