ккк

1.1 Помехоустойчивость радиомодемов.


Радиоканалы систем телеметрии, как правило имеют ограниченную полосу пропускания и низкий уровень отношения сигнала к шуму. Типичная характеристика радиоканала связи с протяженностью более 1.5-2 километров показывает, что соотношение сигнал/шум более 10 dB реально недостижимо, кроме того, при использовании стандартных супергетеродинных приемников наблюдаются кратковременные шумовые выбросы, связанные с работой шумоподавителя и переходами с приема на передачу. 

Существует два метода повышения помехоустойчивости радиомодемов, это оптимизация радиотрактов приема/передачи и   выбор оптимального кодирования или изменения формы исходных NRZ сигналов, подлежащих для передачи по радиоканалу.


ОПТИМИЗАЦИЯ РАДИОТРАКТА


 

Оптимизация радиотракта приема производится только путем замены супергетеродинных приемников на приемники с прямым преобразованием модульного типа, в которых входной сигнал, представляется не простым вектором, рассматриваемым в Декартовой системе координат, а его проекциями на оси комплексной плоскости, в этом случае сигнал рассматривается как комплексное число, принимающее в каждый момент времени определенные значения проекций на оси комплексной системы координат. Зная значения проекций, рассматриваемых как катеты прямоугольного треугольника, сигнал (гипотенуза) может быть обработан математическими методами, такими как Теорема Пифагора или Теорема Синусов. Преобразование Декартовой (Картезианской) системы координат в комплексную производится при помощи преобразователя Гилберта, функция которого заключается в извлечении комплексных параметров, из входного сигнала. Сигнал "I" в любой момент времени равен значению проекции вектора "А" на ось отображающую действительную часть сигнала, сигнал "Q", соответственно отображает мнимую часть. Зная значения проекций сигнала на комплексных координатах, легко вычислить его амлитуду, фазу, или частоту.

Рассматриваемые ниже устройства имеют аналоговую структуру, что позволяет реализовать предельную точность, быстродействие и обработку сигналов без присутствия шумов дискретизации, свойственных цифровым системам модуляции/демодуляции.


Преобразователь Гилберта, называемый также квадратурным модулятором (демодулятором), является фундаментальным устройством всех современных систем связи, таких, как например PRISM, разработки компании Harris Semiconductor (1995г), или более поздних разработок квадратурных приемников с прямым преобразованием сигнала, компаний Texas Instruments, Burr Brown, Motorola и National Semiconductor.

Рассмотрим пример применения преобразователя Гилберта в радиоприемном устройстве с амплитудной модуляцией. Как уже было указано, в квадратурных каналах I,Q преобразователя выделяются значения проекций сигнала на оси комплексной плоскости, I(t,a) и Q(t,a), где "а"- это угол между гипотенузой и прилежащим катетом, а "t"- это функция времени, не имеющая для работы АМ-приемника особого значения. Задача АМ-приемника выдать на выходе точные значения амплитуды сигнала модуляции, поэтому приемник должен реализовывать непрерывный алгоритм вычисления гипотенузы "А", являющейся искомым параметром. Реализация такого алгоритма должна следовать фундаментальной формуле теоремы Пифагора: A=√ [Q(t,a)]І + [I(t,a)]І


Схема  квадратурного АМ приёмника с прямым преобразованием частоты содержит четыре перемножителя сигналов, фильтры низкой частоты с частотой среза, равной полосе сигнала, сумматора и устройства извлечения квадратного корня.

Oчевидно, что приемник, реализованный по вышеприведенному алгоритму, не требует для построения ни одной катушки индуктивности, сигнал опорного генератора может быть получен методом синтеза с использованием кварцевых резонаторов. Фильтры низких частот в обоих каналах должны иметь одинаковые параметры, активные фильтры могут быть реализованы на операционных усилителях или гираторах, поэтому выполнение такого примника на одном кристалле или из дискретных элементов не представляет сложностей.


 Схема квадратурного приемника частотномодулированных сигналов отличается от АМ приемника введением дополнителных модулей дифференциаторов, du/dt, сдвигающих фазу сигнала пропорцианально входной частоте, и фактически предназначенных  для введения в вычислительный тракт информации о скорости вращения вектора сигнала, а значит текущей (мгновенной) частоте.


Математически работа ЧМ приемника выглядит так: сигналы на выходах квадратурных каналов

I = Acos∆ωt  Q = Bsin∆ωt

сигнал после прохождения дифференцирующих цепей

I' = -A∆ωsin∆ωt  Q = B∆ωcos∆ωt

Uout=IQ'-QI'= AB∆ω(cosІ∆ωt + sinІ∆ωt) = AB∆ω и, если A=B, то Uout = AІ∆ω

AM приемник работает следующим образом:

QІ + IІ = AB(cosІ∆ωt + sinІ∆ωt) = AB. если A=B, то напряжение на выходе сумматора равно AІ, далее, после извлечения корня имеем А (гипотенуза) или искомую амплитуду сигнала модуляции.

Реальный приемник ЧМ радиосигналов должен иметь оба тракта детектирования сигнала, так АМ тракт должен быть использован для работы системы АРУ и выдачи сигнала детектирования несущей (DCD RS232), необходимого для управления радиомодемом.


Квадратурные радиосистемы, основанные на аналоговой обработке сигналов, представленных в виде комплексных параметров, являются оптимальными системами, помехоустойчивость котоых зависит только от шумов активных и пассивных элементов схемы, а качество работы таких систем лишь незначительно отличается от теоретически возможного. Практически достижимые результаты показывают отличие полученных параметров от теоретически возможных порядка 1-1.5 децибел. Реальные радиоприемные устройства должны иметь на входе диапазонный преселектор, первые перемножители могут быть выполнены на диодах Шоттки, фильтры нижних частот могут быть выполнены на КМОП ПЗС фильтрах типа 1111ФН1. Перемножители второй ступени могут быть выполнены по двойной балансной схеме на коммутаторах 564КТ3. В этом случае, для устранения продуктов преобразования,  необходимо применять однозвенные фильтры нижних частот.


 

                

FarPost

Exergia Division II