Разработка функциональных схем узлов цифровой системы передачи с КАМ модуляцией

Добавлен: 26.04.2026
Размер: 331 KB
Закачек: 0

Получить материал

Телеграм бот для поиска материалов

Покупка оптом ваших чертежй

Подписаться на ежедневные обновления каталога:

https://t.me/alldrawings

https://vk.com/alldrawings

Описание

Разработка функциональных схем узлов цифровой системы передачи с КАМ модуляцией

Состав проекта

razrabotka-funkcional-nyh-shem-uzlov-cifrovoj-sistemy-peredaci-s-kam-modulaciej.zip [ 331 KB ]

24.docx [ 25 KB

]

28.docx [ 31 KB

]

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ.docx [ 17 KB

]

19.docx [ 17 KB

]

35.docx [ 21 KB

]

45.docx [ 26 KB

]

chema A3 вар исправлен 22.dwg [ 94 KB

]

22.docx [ 19 KB

]

6.docx [ 37 KB

]

18.docx [ 17 KB

]

СОДЕРЖАНИЕ.docx [ 16 KB

]

34.docx [ 23 KB

]

СОДЕРЖАНИЕ переделанное.docx [ 16 KB

]

29.docx [ 40 KB

]

37-38.docx [ 27 KB

]

Материал представляет собой zip архив с файлами, которые открываются в программах:

Microsoft Word
AutoCAD или DWG TrueView

О форматах файлов и видах материалов

Дополнительная информация

Контент чертежей

24.docx

значения комплексного выходного сигнала цифрового передатчика что приводит к скорости выходного сигнала 435 Мбод.
Временные зависимости сигналов формирования КАМ показаны на рис. 2.2. – 2.9. На рис.2.2 показан входной цифровой поток 174 Мбитс. На рис. 2.3 – 2.4 показаны сформированные из входного потока синфазный (нечетные импульсы входного цифрового потока 135 импульсы) и квадратурный (четные импульсы входного цифрового потока 246 импульсы) потоки. На рис.2.5 рис.2.6 представлены значения квадратурных составляющих J и Q сформированных на выходе ЦАП. На рис.2.9 показано изменение амплитуды и фазы выходного сигнала промежуточной частоты.
Рисунок.2.2. Входной цифровой поток
Рисунок 2.3. Синфазный цифровой поток
Рисунок 2.4 - Квадратурный цифровой поток

28.docx

Q сигнала который управляет ГУН . Синфазная схема Q использует сигнал ГУН сдвинутый на 90º. Если частота ГУН равна частоте подавленной несущей то произведение сигналов I и Q создаёт напряжение рассогласования пропорциональное рассогласованию фазы в ГУН. Напряжение рассогласования контролирует фазу и таким образом частоту ГУН.
Рисунок 2.9 – Схема Костаса

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ.docx

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
Теория электрической связи: учебник Л. Л. Клюев. – Минск: Техноперспектива 2008. – 423 с.
Зааль Р. Справочник по расчёту фильтров: Пер. с нем. – М.: Радио и связь 1983. – 752 с. ил.
Кореневский С. А. “Методы и устройства формирования и обработки телекоммуникационных сигналов. Часть 3”: Метод. пособие по курсовому проектированию для студ. спец. “Системы радиосвязи радиовещания и телевидения” “Многоканальные системы телекоммуникаций” всех форм обуч. ЭУМК Мн.: БГУИР 2006.
Справочник по радиорелейной связи. Каменский Н. Н. Модель А.М. Надененко Б. С. и др.; Под ред. С. В. Бородича. – Изд. 2-е перераб. и доп. – М.: Радио и связь 1981. – 416 с. ил.

19.docx

Таблица показывающая ухудшение отношения SN из-за статических фазе ошибок несущей для различных форматов модуляции приведена в [4] на странице 11
Влияние линейных искажений.
Рассмотрим искажения являющиеся результатом несовершенной передаточной функции канала которая может быть порождена несовершенной схемой иили настройкой любого из фильтров приемопередатчика. Эти искажения могут также быть вызваны температурными изменениями и эффектами старения. Указанные недостатки проявляются в различных формах. Однако благодаря свойству линейности они могут быть смоделированы как комбинация (каскад) некоторых основных линейных искажений.
Что касается линейных искажений можно идентифицировать линейные наклонные и параболические (амплитуда и групповая задержка) искажения. Они могут быть традиционно определены в полосе (полосе пропускания) Найквиста (±127) путем оценки изменения усиления при полном размахе в дБ или групповой задержки приведенной к длительности символа. В таблице 1.3 представлено ухудшение отношения SN (Ре = КИ) из-за линейного наклонного искажения амплитуды.
Таблицы ухудшение отношения SN из-за линейных искажений приведены в [4] на страницах 12-13.
Рассмотрим влияние нелинейных искажений.
Помимо линейных искажений все форматы модуляции КАМ высокого уровня чувствительны к нелинейным искажениям. Их основным источником являются СВЧ усилители мощности.
Номинальная мощность на выходе преобразователя ПЧ РЧ составляет порядка нескольких милливатт и следовательно требуется усиление для получения необходимого выходного уровня. Точка передаточной функции выбирается вблизи участка насыщения когда устройство начинает терять линейность. Начиная с этой точки быстро возрастающее искажение амплитуды ухудшение BER для сигнала содержащего значительную величину амплитудной модуляции подобно формату модуляции КАМ. Наличие нелинейных искажений приводит к тому что увеличение мощности выходного сигнала передатчика приводит не к уменьшению вероятности ошибки при приеме цифрового сигнала а к ее увеличению
Чтобы гарантировать линейность комплексной амплитудной характеристики усилителя даже в присутствии пиков амплитуды модулированного сигнала необходимо чтобы максимальное значение мощности усилителя было больше пикового значения мощности сигнала при КАМ. Однако это приводит к увеличению стоимости усилителя и не всегда

35.docx

Для упрощения схемы синтезатора частот РПрУ используем субгармонический смеситель (работающий на второй гармонике частоты гетеродина). Основное достоинство субгармонического смесителя – возможность работы с более низкочастотным гетеродином а также использование данного смесителя автоматически повышает рабочую частоту приемника вдвое.
Коэффициент передачи по напряжению субгармонического смесителя представлен формулой 3.2.1
K=UвыхUвх =20lg-G2G0+Gн дБ (3.2.1)
где G0иG2 – велечины которые зависят от напряжения гетеродина и формы ВАХ НЭ;
Gн – проводимость нагрузки;
Коэффициент передачи смесителя составляет Ku=- 13 дБ.
Рассмотрим упрощенную структурную схему РПрУ для двух вариантов построения МШУ.
МШУ выполнен на одном усилителе. В этом случае значение коэффициента шума РПрУ рассчитывается по формуле (3.2.2):
k=10Ks110+10Ks310-110K1+K310 (3.2.2)
где Ks1 – коэффициенты шума усилителя;
Ks3 – коэффициент шума ПУПЧ;
K1 – коэффициент усиления СВЧ смесителя;
K3 – коэффициент передачи смесителя.
Рассчитаем коэффициента шума РПрУ при условиях:
Ks1=28 дБ; Ks3=2 дБ;
K1= 20 дБ; K3=-13 дБ; QUOTE k=102дБ10+102 дБ10-1 1020-13 10=1.702 QUOTE k=103дБ10+102 дБ10-1 1015дБ-13дБ 10=2364 QUOTE k=102.3дБ10+102 дБ10-1 1023-13 10=1.757
k=102дБ10+102 дБ10-1 1020-13 10=170
МШУ выполнен на двух одинаковых усилителях. В этом случае значение коэффициента шума РПрУ рассчитывается по формуле (3.2.3):

45.docx

- нелинейность ФЧХ одноконтурного полосового фильтра;
- изменение частоты полосового фильтра при воздействии дестабилизирующих факторов (изменение температуры радиация и т.д.).
Использование двух смесителей сдвига частоты сигнала цифрового передатчика. В этом случае цифровой передатчик работает в диапазоне частот где может быть обеспечена малая погрешность установления амплитуд и фаз выходного сигнала затем модулированный сигнал цифрового передатчика переносится на более высокую частоту (например 1 ГГц) а затем в диапазон частот 32ГГц.
При fцп = 1 ГГц: fсч =27460-28540 МГц.
При этом диапазон частот побочного канала излучений на выходе смесителя сдвига составит f пи = 28460-29540 МГц. На рисунке 3.14 показаны диапазоны частот РПдУ СЧ и побочных излучений.
- радиопередающего устройства (красный цвет 26460-27540 МГц);
- синтезатора частот (синий цвет 27460-28540 МГц);
- побочных излучений (зеленый цвет. 28460-29540 МГц);
- АЧХ полосового фильтра (розовый цвет).
Рисунок 3.14 — Диапазоны частот
Для обеспечения высокой крутизна АЧХ вне полосы пропускания фильтра при большой полосе пропускания и достаточно плоской вершине полосовой фильтр состоит из двух фильтров второго порядка имеющих достаточно высокую добротность и расстроенных относительно центральной частоты полосы пропускания. Суммарная АЧХ имеет форму приближающуюся к прямоугольной.

chema A3 вар исправлен 22.dwg

(Verwendungsbereich)
(Werkstoff Halbzeug)
(Modell- oder Gesenk-Nr)
Приемопередатчик ЦСП
малошумящий усилитель
фильтр промежуточной частоты
разветвитель сигнала
опорный кварцевый генератор
делитель с переменным коэффициентом деления
генератор управляемый напряжением
делитель частоты на 2

22.docx

2. РАЗРАБОТКА ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ УЗЛОВ ПРИЕМОПЕРЕДАТЧИКА ЦСП.
Совокупность технических средств и среды распространения радиоволн обеспечивающих передачу сигналов от источника к приемнику информации называется радиоканалом (каналом радиосвязи). Радиоканал обеспечивающий радиосвязь в одном азимутальном направлении называется радиолинией.
Упрощенная структурная схема одноканальной радиолинии и общие принципы организации радиосвязи и функционирование радиолинии представлены в [13].
1. Функциональная схема цифрового передатчика
Передатчик — это устройство которое излучает модулированные цифровые СВЧ сигнала различных видов через антенную систему в свободное пространство.
Основные действия выполняемые передатчиком сводятся к следующему:
- генерация гетеродином (LO) частоты в соответствующем РЧ диапазоне;
преобразование с помощью LO сигнала промежуточной частоты (ПЧ) поступаю щего модулятора в сигнал несущей частоты для его передачи;
предыскажение сигнала ПЧ или РЧ в целях компенсации нелинейности усилителя РЧ;
линейное усиление РЧ; фильтрация РЧ в целях устранения нежелательных частотных составляющих зеркальные боковые частоты просачивание сигнала тактовой частоты паразитные компоненты с тем чтобы спектр излучаемого сигнала соответствовал требуемой маске и объединении ряда несущих в схеме сложения для подачи их на ту же антенну.
На рис. 2.1 приведена упрощенная структурная схема передающего оконечного оборудования (цифрового передатчика). Согласно Рекомендации F.59б МСЭ-Р цифровые системы радиосвязи могут соединяться с другим оборудованием только на вполне определенных иерархических цифровых скоростях.

6.docx

6. СОСТАВЛЕНИЕ ПОЛНОЙ ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ СХЕМЫ ЦСП.
Полная функциональная схема будет иметь вид представленный на рисунке 6.1
Рисунок 6.1 - Функциональная схема приемопередатчика СВЧ

18.docx

1.3. Определение необходимого значения отношения сигналшум для обеспечения заданного качества приема символа сообщения с учетом оценок не идеальности характеристик и параметров типовых функциональных узлов ЦСП.
На радиооборудование обычно влияет ряд недостатков. Некоторые из них относятся непосредственно к процессу модуляции. Другие обычно но не по существу возникают вне самого модема в других формирующих систему радиоблоках. Ниже приводится анализ основных ухудшений качества при котором особое внимание уделяется форматам модуляции КАМ. Это объясняется широким использованием таких форматов модуляции в цифровых системах радиосвязи и их известной чувствительностью к различным недостаткам
) Ухудшения качества при модуляции и демодуляции:
а). Ошибки модуляции
б). Ошибки демодуляции
К ошибкам модуляции относят:
— квадратурные фазовые ошибки между синусоидальным и косинусоидальным сигналами несущей;
—ошибки амплитуды между синфазным и квадратурным модулирующими сигналами;
— относительная погрешность амплитуды в случае многоуровневых сигналов из-за различных уровней сигнала;
—различные электрические задержки между синфазным и квадратурным модулирующими сигналами.
К ошибкам демодуляции относят:
—квадратурные фазовые ошибки между синусоидальным и косинусоидальным восстанавливаемыми сигналами несущей
—конечная точность решающих схем
—фазовая ошибка восстанавливаемой несущей
—фазовая ошибка восстанавливаемых тактовых импульсов.
Под недостатками несущей частоты и устройств тактовой синхронизации подразумеваются как правило и статические и динамические (фазовое дрожание) ошибки. Чтобы учесть влияния фазового дрожания необходимо знать его статистическое распределение.

СОДЕРЖАНИЕ.docx

ВИДЫ МОДУЛЯЦИИ В ЦИФРОВЫХ СИСТЕМАХ ПЕРЕДАЧИ
1 Сравнительный анализ достоинств и недостатков видов модуляции применяемых в ЦСП с расчётом величин полос частот которые могут занимать передаваемые сигналы с модуляцией каждого
вида на средней частоте спектра
2 Обоснование и выбор вида модуляции в проектируемой ЦСП по критериям минимума энергетических затрат и занимаемой полосы
3 Определение необходимого значения отношения сигналшум для обеспечения заданного качества приема символа сообщения с учетом оценок не идеальности характеристик и параметров типовых
функциональных узлов ЦСП . .
РАЗРАБОТКА ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ СХЕМ УЗЛОВ ЦСП
1 Функциональная схема цифрового передатчика
2 Функциональная схема цифрового приёмника ..
3 Функциональная схема системы синхронизации на стороне
4 Функциональная схема СВЧ-тракта (СВЧ-Т) передачи приема
РАЗРАБОТКА И РАСЧЁТ ЭЛЕМЕНТОВ ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ
1 Расчёт коэффициента шума РПрУ
2 Определение энергетических и спектрально-временных соотношений на входах и выходах функциональных элементов СВЧ-Т ЦСП расчет их коэффициентов передачи параметров частотных
3 Выбор фильтров обеспечивающих требуемое подавление внеполосных излучений РПдУ и зеркального канала РПрУ расчет
параметров фильтров ..
4 Выбор типа полосового фильтра промежуточной частоты (ПЧ)
РПрУ расчет его частотных параметров и ГВЗ
РАЗРАБОТКА ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ СХЕМЫ ЦИФРОВОГО
1 Составление функциональной схемы синтезатора частот с учётом последних достижений в этой области и современной элементной
2 Расчёт коэффициентов деления для обеспечения перестройки
частот в заданном диапазоне и с заданным в ТЗ шагом ..
ВЫБОР ЭЛЕМЕНТНОЙ БАЗЫ ДЛЯ РЕАЛИЗАЦИИ
ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ СХЕМ СВЧ-Т
СОСТАВЛЕНИЕ ПОЛНОЙ ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ СХЕМЫ ЦСП .
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ .

34.docx

6) Должно быть малое время выхода на рабочий режим и быстрое восстановление работоспособности усилителей после воздействия сильной помехи.
) Время наработки на отказ – не менее 100 тыс. часов а время перехода с основного комплекта на резервный – не более нескольких десятых долей секунды (в многоканальных станциях спутниковой связи).
) Простота обслуживания контроля минимальное число регулировок. Замена МШУ в аппаратуре не должна сопровождаться подстройкой его элементов.
) Малые габариты масса и потребляемая мощность – это особенно важно для бортовой и наземной мобильной аппаратуры.
В качестве малошумящего усилителя для построения СВЧ-Т применим усилитель HMC -ALH369 (18 - 32 GHz). параметры которого отражены в таблице 3.2.1:
Таблица 3.2.1 – Основные параметры усилителя HMC -ALH369
коэффициент усиления
- значение коэффициента шума Ks = 2 дБ;
- значение коэффициента усиления K = 20 дБ.
Для проведения расчетов коэффициента шума РПрУ необходимо рассмотреть упрощенную структурную схему РПрУ. Схема РПрУ представлена на рис. 3.2.1.
Рис.3.2.1 - Схема РПрУ

СОДЕРЖАНИЕ переделанное.docx

ВИДЫ МОДУЛЯЦИИ В ЦИФРОВЫХ СИСТЕМАХ ПЕРЕДАЧИ 8
Сравнительный анализ видов модуляции . 8
Обоснование и выбор вида модуляции . ..15
Определение необходимого значения отношения сигналшум .18
РАЗРАБОТКА ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ СХЕМ УЗЛОВ ЦСП 22
1 Функциональная схема цифрового передатчика .. 22
2 Функциональная схема цифрового приёмника .. ..26
3 Функциональная схема системы синхронизации 27
4 Функциональная схема СВЧ-тракта передачи приема .29
РАЗРАБОТКА ФУНКЦИОНАЛЬНЫОЙ СХЕМЫ СВЧ-ТРАКТА 33
1 Расчёт коэффициента шума РПрУ 33
2 Расчёт функциональных элементов СВЧ-тракта .37
3 Расчёт параметров фильтров СВЧ-тракта 39
4 Расчёт фильтра ПЧ РПрУ 44
РАЗРАБОТКА ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ СХЕМЫ СИНТЕЗАТОРА
1 Составление функциональной схемы синтезатора частот ..48
2 Расчёт коэффициентов деления .51
ВЫБОР ЭЛЕМЕНТНОЙ БАЗЫ ДЛЯ ПОСТРОЕНИЯ СВЧ-Т И
СИНТЕЗАТОРА ЧАСТОТ 52
СОСТАВЛЕНИЕ ПОЛНОЙ ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ СХЕМЫ ЦСП 53
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 55
ЧЕРТЁЖ СХЕМЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ ЦСП .64

29.docx

2.4. Функциональная схема СВЧ-тракта (СВЧ-Т) передачи приема ЦСП .
Структурная схема приемопередающего устройства СВЧ (приемопередатчика) приведена на рисунке. 2.10. На вход передатчика СВЧ поступает модулированный сигнал промежуточной частоты с выхода цифрового передатчика. Управляемый аттенюатор устанавливает необходимый уровень сигнала на входе смесителя.
Рисунок. 2.10 - Структурная схема приемопередатчика СВЧ ЦРС; СЧ – синтезатор частоты
УМ – усилитель мощности;
МШУ – малошумящий усилитель;
СЧ – синтезатор частот;
Цифровой модулирующий сигнал может имеет четырехразрядный параллельный формат при 16-позиционной квадратурной амплитудной модуляции КАМ-16 (QAM-16). [3].
В схемах современных цифровых приемопередатчиков используются цифровые модулятор и демодулятор. [4]. Основные режимы квадратурных модулятора и демодулятора приведены в [5].
Радиопередатчик включает следующие узлы:
Возбудитель предназначенный для преобразования первичных электрических сигналов в радиосигналы формирование сетки высокостабильных частот с заданным интервалом между соседними частотами с помощью которых осуществляется перенос сформированных радиосигналов непосредственно на рабочую частоту в заданном диапазоне. В соответствии с выполняемыми функциями любой современный возбудитель содержит следующие функциональные элементы: синтезатор частот СЧ блок формирования радиосигналов БФС тракт преобразования радиосигналов.

37-38.docx

3.2. Определение энергетических и спектрально-временных соотношений на входах и выходах функциональных элементов СВЧ-Т расчет их коэффициентов передачи частотных характеристик и параметров.
В соответствии с требованием задания на КП дальность связи должна составить 52 км. Определим необходимое значение мощности РПдУ для формата 16КАМ в следующей последовательности:
) По формуле определим чувствительность приемного устройства СВЧ модуля
Мощность тепловых шумов приведенная к входу приемного устройства равна (формула 3.1):
QUOTE Pпр.min=ksRT0f=4410-2165106=10-12 Pпрш = Ks·k·T0·f
где Ks – коэффициент шума РПрУ в разах (Ks =17 – см. пункт 3.1);
k - постоянная Больцмана;
T0 – температура РПрУ в градусах Кельвина.
f– полоса частот системы связи для заданного формата (f=1075МГц);
Pпрmin = 1.7*1.4*10-23*300* 1075*106 = 1.7*10-12 (Вт)
) Определим мощность принимаемого сигнала для обеспечения заданного значения вероятности ошибки по формуле (3.2) Отношение сигналшум определено в первом разделе (СШ =24.45дБ):
Рс = 1.7*10-12*100.1*24.45= 4.8 *10-10 Вт.
) Для обеспечения полученного значения мощности сигнала на входе приемного устройства на расстоянии R=52 км мощность передатчика рассчитывается по формуле (3.3):
Pпер =R2162Pпрq λ2G2(3.3)
где – выходная мощность передатчика;
– коэффициенты усиления передающей и приемной антенн;
– расстояние между передатчиком и приемником.
В соответствии с заданием диаметр антенного устройства равен 0.4 м .
Определим значение коэффициента усиления антенны по формуле (3.5):
По формуле (3.3) определим значение коэффициента усиления антенны:
где Sэф – эффективная площадь антенны (параметр приемной антенны) которая рассчитывается по формуле (3.6):
Sг=*D24=3.140.164=0126(м)
Sэф=07Sг = 0.088 (м2).
λ= Сf=310827109=0011(м)
G=40.0880.0112=9103.
Pпер =R2162Pпрq λ2G2=522163142Pпрq 00112(9103)2=21 мВт
Значит усилитель должен иметь значение выходной мощности в линейном режиме работы PдБ = 21 мВт= 13Дбм.