Всего на сайте:
119 тыс. 927 статей

Главная | Электроника

Модели сигналов в РПрУ  Просмотрен 61

Назначение и структура радиоприемных устройств

Основные понятия теории радиоприема

 

В теории радиоприема пользуются тремя понятиями: информация, сообщение и сигнал.

Информация — это сведения о событиях или предметах, являющихся объектом для преобразования, передачи, хранения или непосредственного использования. Понятие «информация» включает в себя обмен сведениями между людьми, человеком и автоматом, между автоматами.

Сообщение — это форма представления информации для ее передачи, хранения, обработки или непосредственного использования. Сообщения могут быть дискретными (данные для ЭВМ) и непрерывными (речевые передачи).

Дискретные сообщения обычно предназначаются для отображения сведений о некоторой материальной системе, множество возможных состояний которой конечно. Если все состояния системы пронумерованы, то передачу данных о текущем состоянии системы можно свести к передаче числа, обозначающего номер этого состояния. При этом наиболее часто числа представляются с помощью двоичной системы счисления, в которой используются две цифры — двоичный 0 и двоичная 1. Для передачи по каналу связи цифры отображаются «элементарными» сигналами, называемыми элементами кода и представляющими собой видеоимпульсы или радиоимпульсы. Группа элементов кода, соответствующая двоичному числу, отображающему передаваемое сообщение, называется кодом, или кодовой комбинацией. Процесс формирования кода сообщения носит название кодирование.

Сообщения непрерывного типа воспроизводят закон изменения во времени величины, которая может принимать в данный момент одно из бесконечного множества значений. Путем дискретизации по времени и по уровню непрерывные сообщения могут быть превращены в дискретные.

Сигнал представляет собой изменяющуюся физическую величину, однозначно отображающую сообщение. Применительно к радиотехнике под сигналом понимается процесс, позволяющийпередавать информацию из одной точки пространства в другую независимо от расстояния и среды распространения сигналов. Полезный сигнал несет информацию, подлежащую приему и обработке.

Прием (радиоприем) — это выделение полезных сигналов из излучения (радиоизлучения) и преобразование их в сообщение.

Обработка сигналов представляет собой процесс преобразования сигналов в соответствии с заданным алгоритмом в целях извлечения переносимой этими сигналами информации.

Радиоприемное устройство — это комплект электрических цепей, функциональных узлов и блоков, предназначенный для выделения полезных сигналов из принимаемого радиоизлучения и преобразования в вид, обеспечивающий использование содержащейся в них информации.

Характеристика представляет собой информацию об объекте, отражающую его отличие от других объектов и определенные его возможности.

Параметром называется величина, характеризующая свойство или состояние РПрУ.

Показателем называется количественный параметр, характеризующий РПрУ.

 

 

Модели сигналов в РПрУ

 

Структура и основные характеристики РПрУ определяются прежде всего свойствами сигнала, для приема которого они предназначаются. В свою очередь, свойства сигнала зависят от процесса, который служит переносчиком сигнала, от отображаемого сигналом сообщения и от применяемых способов модуляции и кодирования.

Аналоговый сигнал является функцией времени, повторяющей закон изменения соответствующей физической величины. Дискретный сигнал принимает конечное множество значений в заданном динамическом диапазоне и в определенном интервале времени. Цифровой сигнал, дискретный по времени и квантованный по уровню, представляет собой сигнал, параметры которого выражаются в цифровой форме.

Все сигналы по частоте можно разбить на радиосигналы и модулирующие (управляющие) сигналы.

Сигнал в виде радиоизлучения или колебания в электрических цепях на частоте радиоизлучения называется радиосигналом.

Несущая частота представляет собой частоту гармонических колебаний, подвергаемых модуляции сигналами в целях передачи информации.

Под модулирующим сигналом (модулирующей функцией) понимается сигнал, вызывающий изменение определенного параметра или параметров колебаний несущей частоты при модуляции.

Модулированный радиосигнал является результатом модуляции колебаний несущей частоты.

Гармонический сигнал представляет собой колебание, изменяющееся во времени по гармоническому (синусоидальному) закону.

Тональный сигнал представляет собой гармоническое колебание звуковой частоты.

Непрерывные сообщения передаются аналоговыми сигналами, например сигналами с АМ, ЧМ или ФМ, а также дискретными сигналами, например сигналами с ИКМ.

Радиосигналы с АМ описываются формулой

(1.1)

Модулирующая функция изменяется во времени медленно по сравнению с величиной . Ширина частотных составляющих спектра сигнала, обусловленная огибающей высокочастотного колебания , во много раз меньше несущей частоты .

При непрерывных сообщениях для упрощения испытаний РПрУ на соответствие техническим требованиям принимают для функции гармонический закон АМ:

(1.2)

где — амплитуда немодулированного высокочастотного колебания; — коэффициент АМ ( ); — частота модулирующего сигнала.

При гармоническом законе АМ, описываемому выражением (1.2), выражение (1.1) для радиосигналов преобразуется к виду

(1.3)

Наличие в спектре боковых составляющих с частотами и определяет ширину излучаемого спектра . Спектр радиосигнала определяется верхней частотой спектра модулирующей функции .

Общепринятая модель радиосигнала с ЧМ имеет вид

(1.4)

Здесь амплитуда высокочастотного колебания постоянна. Значения и соответствуют мгновенной и средней круговым частотам. Мгновенное отклонение частоты определяется девиацией круговой частоты (максимальным значением отклонения частоты) и моделью сообщения .

Для анализа характера искажений сигнала с ЧМ при его прохождении через функциональные узлы РПрУ воспользуемся гармонической моделью радиосигнала . Тогда

(1.5)

Частота содержит медленно меняющийся параметр , в котором и заключена информация о модулирующей функции . Частота модуляции обычно много меньше средней частоты радиосигнала . Индекс ЧМ определяет максимальное отклонение фазы.

Для нахождения спектра радиосигнала с ЧМ используется функция Бесселя n-го порядка. Спектр радиосигнала с частотно-модулированным гармоническим колебанием является дискретным и состоит из несущего колебания с частотой , симметрично расположенных боковых колебаний с частотами и амплитудами . Практически ширина спектра радиосигнала с ЧМ ограничена, поскольку амплитуды боковых колебаний достаточно быстро убывают. При условии (узкополосная ЧМ) ширина спектра , а при (широкополосная ЧМ) имеем

Радиосигнал с ФМ можно представить в виде

(1.6)

В этом радиосигнале амплитуда высокочастотного колебания постоянна, а фаза содержит медленно меняющийся по сравнению с параметр , в котором заключена полезная информация. Мгновенное значение фазы определяется модулирующей функцией и значением девиации фазы .

В качестве модели радиосигнала с ФМ применяют гармонический закон .

Манипуляция является частным случаем модуляции, при котором модулируемый параметр (амплитуда, фаза или частота гармонического колебания) изменяется скачком в соответствии с дискретной модулирующей функцией.

Модуляция, заключающаяся в выделении через определенные (обычно равные) интервалы времени отсчетов радиосигнала, которые затем квантуются по уровню и их значения представляются числовым кодом, называется импульсно-кодовой модуляцией. При ИКМ значения квантованного радиосигнала передаются в виде кода. Код может выражать целое число, равное номеру соответствующего уровня шкалы квантования. Для высококачественной передачи речи достаточно иметь 128 уровней шкалы квантования. Следовательно, речевые сигналы можно передавать с помощью 7-разрядного двоичного кода.

Амплитуда, фаза, частота гармонических несущих колебаний, а также амплитуда, временное положение, частота следования, длительность импульсов называются параметрами радиосигнала. Ясно, что носителями полезной информации могут являться только неизвестные параметры радиосигнала, которые называются информационными.

В системах передачи информации следует учитывать, что радиосигналы, поступающие на вход РПрУ, могут отличаться от моделей, определяемых выражениями (1.1) … (1.6). Это обусловлено, в частности, явлением многолучевого распространения излучения в атмосфере. При этом принимается несколько копий радиосигнала со случайными амплитудами и сдвигами во времени. Сложение лучей приводит к паразитной амплитудной и угловой модуляциям сигнала.

Искажением сигнала называется несоответствие переданного колебания исходному сообщению.

В таблице 1.1 приведены классы радиоизлучения, которые обрабатываются в РПрУ. По регламенту связи класс радиоизлучения обозначается тремя символами. Первый символ (буква) указывает на тип модуляции основного несущего колебания. Второй символ (цифра) определяет характер сигнала, который модулирует несущее колебание. Третий символ (буква) обозначает тип передаваемой информации.

 

 

Таблица 1.1 – Классы радиоизлучения и их обозначения

Классы радиоизлучения Обозначение
Излучение немодулированной несущей N0N
Амплитудная модуляция и манипуляция
Телеграфия амплитудная двухполосная, слуховой прием A1A
Телеграфия амплитудная двухполосная, автоматический прием A1B
Телеграфия амплитудная двухполосная тональная, слуховой прием A2A
Телеграфия амплитудная однополосная тональная: с полной несущей, слуховой (автоматический) прием с подавленной несущей, автоматический прием   H2A (H2B) J2B
Телеграфия амплитудная однополосная тональная, многоканальная: с ослабленной несущей, автоматический прием с подавленной несущей, автоматический прием     R7B J7B
Телефония амплитудная двухполосная A3E
Телефония амплитудная однополосная с полной несущей H3E
Телефония амплитудная однополосная с ослабленной несущей R3E
Телефония амплитудная однополосная с подавленной несущей J3E
Телевидение с частично подавленной боковой полосой частот C3F
Угловая модуляция и манипуляция
Телеграфия частотная одноканальная F1B
Телеграфия фазовая одноканальная G1B
Телеграфия частотная двухканальная F7B
Телеграфия фазовая двухканальная G7B
Фототелеграфия частотная(факсимиле) F1C
Телефония частотная F3E
Импульсная модуляция и манипуляция
Последовательность немодулированных импульсов P0N
Телеграфия с амплитудной манипуляцией импульсов несущей K1B
Телеграфия с амплитудно-импульсной модуляцией K3E
Телеграфия с широтно-импульсной модуляцией L3E
Телеграфия с времяимпульсной модуляцией M3E
     

 

Количество информации и скорость, с которой она передается, определяют основную ширину полосы сигнала. Ширина полос, занимаемых основными видами радиосистем, приведена в таблице 1.2.

 

Таблица 1.2 – Ширина полос, занимаемых основными видами радиосистем

Область применения Диапазон частот
Высококачественное звуковоспроизведение речи 15 Гц … 5 кГц
Хорошее звуковоспроизведение речи 150 Гц ... 7 кГц
Система громкой связи 200 Гц … 5 кГц
Система с ограничением низких и высоких частот 500 Гц ... 4 кГц
Междугородная телефонная связь 300 Гц … 3,4 кГц
Мобильная радиосвязь (разделение канала 12,5 кГц) 300 Гц … 2,7 кГц
Музыка (для радиостанций с ЧМ) 30 Гц … 15 кГц
Видео 60 Гц … 4,2 МГц

 

В системах телеграфии информация в бинарном коде передается импульсами : наличие импульса соответствует «1», а его отсутствие — «0». Скорость передачи информации определяет частоту сигнала, переносящего информацию, причем пропускная способность канала в битах в 1 с равна удвоенной полосе в герцах.

 

 

Предыдущая статья:Перевод лесных культур в покрытые лесной растительностью земли Следующая статья:Обобщенная структура РПрУ
page speed (0.0106 sec, direct)