Principes van radiocommunicatie. Radiokanaal en lijn

Het woord ‘radio’ komt van het Latijnse radiare – stralen uitzenden of uitzenden, en is een algemene term die wordt gebruikt om te verwijzen naar praktische toepassingen radiogolven In dit geval wordt onder radiogolven verstaan: elektromagnetische golven, zich voortplantend door de open ruimte (het medium voor de voortplanting van radiogolven) zonder kunstmatige geleidende media, zoals draden of pijpen - golfgeleiders. Wanneer we elektromagnetische golven gebruiken als materiële drager voor het verzenden van informatie over een afstand, komen we bij radiocommunicatie terecht als een van de telecommunicatiemethoden die wordt gebruikt voor de uitwisseling van informatie elektrische systemen overdrachten. Radiocommunicatie is dus telecommunicatie die wordt uitgevoerd via radiogolven.

IN in brede zin Radiocommunicatie wordt vertegenwoordigd door verschillende soorten communicatie die gebruik maken van verschillende mechanismen voor de voortplanting van radiogolven om berichten te verzenden: langs het aardoppervlak, met behulp van reflectie in verschillende lagen van de atmosfeer, of via ruimterepeaters. Elk type radiocommunicatie wordt gekenmerkt door zijn eigen principes, die voornamelijk worden bepaald door de kenmerken van het radiogolfbereik dat wordt gebruikt om berichten te verzenden. Als we het in de toekomst over radiocommunicatie hebben, bedoelen we het soort communicatie dat het mogelijk maakt om rechtstreeks te communiceren tussen ruimtelijk gescheiden punten op het aardoppervlak, zonder gebruik te maken van radiocommunicatie. tussenliggende punten communicatie die signalen opnieuw ontvangt (doorstuurt). In dit geval kan relaying in principe worden gebruikt om het communicatiebereik te vergroten of in andere gevallen, bijvoorbeeld om de efficiëntie van de communicatie onder moeilijke interferentieomstandigheden te vergroten. Een andere onderscheidend kenmerk Het type radiocommunicatie dat hieronder wordt besproken, is de mogelijkheid om onderweg berichten te verzenden en te ontvangen.

Alle berichten die vanuit de bron binnenkomen en via radiogolven worden verzonden, worden in het zendende eindapparaat omgezet naar het primaire eindapparaat elektrisch signaal u(t), wat een in de tijd variërende spanning (stroom) is die berichten weergeeft. Afhankelijk van de aard van de berichten en het type conversie kan het primaire elektrische signaal discreet of continu zijn. Het zendende eindapparaat kan een microfoon van een microfoon-telefoonhoofdtelefoon (MTG) zijn of een hoorn, telegraafsleutel, telegraafapparatuur en andere technische middelen.

Een karakteristiek kenmerk van primaire elektrische signalen is hun relatief langzame verandering in de tijd, d.w.z. lage oscillatiefrequentie. De spectra van de meeste primaire elektrische signalen zijn beperkt maximale frequentie, niet meer dan enkele kilohertz. Dergelijke laagfrequente signalen kunnen niet effectief in het radiogolfvoortplantingsmedium worden uitgestraald, aangezien hiervoor zenders nodig zijn met geometrische afmetingen die in overeenstemming zijn met de golflengte van het signaal. Daarom wordt verder in de radiozender het primaire elektrische signaal omgezet in een radiosignaal uс(t) dat geschikt is voor verzending. Het conversieproces wordt modulatie genoemd voor continue primaire signalen of keying voor discrete signalen. Tijdens het modulatieproces (manipulatie) fungeert het primaire elektrische signaal als een modulerend signaal dat een van de parameters (amplitude, frequentie, fase) van een hoogfrequente harmonische oscillatie van de draaggolffrequentie verandert.

In het algemene geval wordt het modulatieproces van het primaire elektrische signaal voorafgegaan door de codering ervan, waardoor de reeks berichtelementen wordt vervangen door een reeks codesymbolen volgens een bepaalde regel.

Radiosignalen kunnen, naar analogie met de primaire elektrische signalen die ze vertegenwoordigen, continu (analoog) of discreet zijn. In sommige gevallen worden discrete signalen digitaal genoemd omdat ze in digitale vorm kunnen worden weergegeven: als getallen met een eindig aantal cijfers. Bij radiocommunicatie worden digitale signalen met slechts twee discrete waarden het meest gebruikt. Discrete signalen kan worden gebruikt om niet alleen discrete, maar ook continue berichten te verzenden, en omgekeerd, continue signalen- voor het verzenden van discrete berichten.

Het radiosignaal van de uitgang van de radiozender wordt via een verbindingslijn, een zogenaamde feeder, naar de zendantenne gevoerd en in de vorm van radiogolven naar de open ruimte uitgestraald. De voortplantingssnelheid van radiogolven hangt af van de eigenschappen van het medium maximale snelheid vindt plaats in vrije ruimte(vacuüm), en valt samen met de lichtsnelheid in vacuüm, gelijk aan 3×108 m/s. In andere media is de snelheid van radiogolven lager en wordt deze bepaald door de relatieve diëlektrische en magnetische permeabiliteit van het medium.

Op het ontvangstpunt worden radiogolven door de ontvangende antenne omgezet in hoogfrequent signaal, die vervolgens via de feeder naar de radio-ontvanger wordt gevoerd, waar het verzonden primaire elektrische signaal u (t) wordt hersteld. Om dit te doen, worden de tegenovergestelde bewerkingen uitgevoerd als die welke werden uitgevoerd in de radiozender: demodulatie (detectie) en decodering van het signaal. In het ontvangende eindapparaat (bijvoorbeeld MTG-telefoons, telegraafapparatuur, luidsprekers) worden de primaire signalen omgezet in berichten en naar hun ontvanger verzonden.

De taak van het omzetten van ontvangen signalen in berichten is complexer dan het omzetten van berichten in een radiosignaal, omdat niet alleen het verzonden radiosignaal wordt omgezet, maar ook de vermenging ervan met andere signalen (interferentie) die het verzonden bericht kunnen vervormen. De aanwezigheid van interferentie tijdens de overdracht van berichten is te wijten aan het feit dat het voortplantingsmedium van radiogolven voor veel bronnen hetzelfde is elektromagnetische straling, d.w.z. heeft vrije toegang.

De reeks technische apparaten en het radiogolfvoortplantingsmedium dat zorgt voor de overdracht van berichten van een bron naar een ontvanger met behulp van radiogolven, wordt een radiocommunicatielijn (radioverbinding) genoemd. In dit geval zijn bronnen en ontvangers die radiocommunicatielijnen gebruiken voor het verzenden en ontvangen van berichten radiocommunicatieabonnees. Abonnees kunnen zelfstandig of met behulp van radio-operatoren (radiotelegrafisten) berichten verzenden. Radiocommunicatieabonnees en radio-operators die berichten rechtstreeks via een radiolijn verzenden, worden gewoonlijk correspondenten genoemd.

Blokdiagram De radiocommunicatielijn bedoeld voor het verzenden van berichten tussen abonnees (correspondenten) A en B wordt getoond in Fig. 2.1. Daarin worden meestal een radiozender (zender) en een zendantenne gecombineerd tot een radiozendapparaat, en worden een radio-ontvanger (ontvanger) en een ontvangstantenne gecombineerd tot een radio-ontvangstapparaat. Bovendien worden de zendantenne en de feeder die deze met de zender verbindt het zendende antenne-feederapparaat (AFD) of pad genoemd, en worden de ontvangende antenne en de feeder die deze met de ontvanger verbindt de ontvangende AFU of pad genoemd.

IN in algemene zin Een radiocommunicatielijn kan worden beschouwd als een van de typen telecommunicatiekanalen (communicatiekanaal), dat wordt opgevat als het transmissiepad van telecommunicatiesignalen, dat, wanneer abonneeterminals op de uiteinden zijn aangesloten, de transmissie van berichten van de bron verzekert. aan de ontvanger (ontvangers). Telecommunicatiekanalen krijgen namen afhankelijk van het type communicatienetwerk, bijvoorbeeld telefoonkanaal, telegraafkanaal, datatransmissiekanaal, audio-uitzendkanaal.

De radiocommunicatielijn kan eenkanaals of meerkanaals zijn. In dat laatste geval beschikt zij over meerdere gelijktijdig werkende communicatiekanalen waarlangs signalen worden verzonden die verschillende (soms identieke) boodschappen weergeven. In tegenstelling tot een enkelkanaals radioverbinding kan een meerkanaals radioverbinding meerdere zendende en ontvangende eindapparaten omvatten waarvandaan berichten worden omgezet verschillende bronnen in primaire elektrische signalen en terug. Bovendien moet een meerkanaals radiocommunicatielijn apparaten hebben die de functies vervullen van het combineren en scheiden van signalen van verschillende abonnees.

Radiocommunicatielijnen kunnen direct zijn, waardoor abonnees rechtstreeks met elkaar worden verbonden, zonder het gebruik van tussenliggende punten (radiosignaalversterkers), of samengesteld, die door dergelijke punten lopen (in dit geval omvat de radiolijn repeater-technische apparaten die zorgen voor ontvangst, conversie, versterking en daaropvolgende verzending van radiosignalen ontvangen van beide correspondenten).

Het deel van een radiocommunicatielijn dat een pad voor radiosignalen creëert, wordt gewoonlijk een radiocommunicatiekanaal (radiokanaal) genoemd. Grenzen van radiokanalen
Communicatie kan, afhankelijk van de taken die worden opgelost of de problemen die worden bestudeerd, willekeurig worden gekozen, zolang radiosignalen die berichten weergeven door het kanaal gaan. In sommige gevallen wordt onder een radiocommunicatiekanaal verstaan ​​een geheel van technische apparaten die zorgen voor de vorming van een radiosignaal en de straling ervan in een radiozender, evenals voor de ontvangst van een radiosignaal en de omgekeerde conversie ervan in een radio-ontvanger. en het voortplantingsmedium van radiogolven. In andere gevallen, bijvoorbeeld bij het beschouwen van de eigenschappen van telecommunicatiekanalen, wordt alleen het medium voor de voortplanting van radiogolven een radiocommunicatiekanaal genoemd.

Een radiocommunicatiekanaal, vergelijkbaar met een radioverbinding, is een speciaal geval van een transmissiekanaal, dat verwijst naar een complex technische middelen en voortplantingsmedia, die de transmissie van telecommunicatiesignalen in een bepaalde frequentieband of met een bepaalde snelheid tussen knooppunten en stations van het netwerk garanderen. Een radiokanaal is een transmissiekanaal waarin telecommunicatiesignalen via radiogolven worden verzonden. Afhankelijk van de methoden voor het verzenden van telecommunicatiesignalen kan het transmissiekanaal analoog of digitaal (discreet) zijn. Het type radiocommunicatiekanaal wordt ook bepaald door het type radiogolven dat wordt gebruikt om berichten te verzenden.

Een transmissiekanaal waarvan de parameters voldoen aan geaccepteerde standaarden wordt een standaard transmissiekanaal genoemd. Typische transmissiekanalen in radiocommunicatie worden besproken in hoofdstuk 7.

Getoond in afb. 2.1 De radiocommunicatielijn implementeert tweerichtingsradiocommunicatie, omdat de samenstelling ervan beide correspondenten in staat stelt zowel berichten te verzenden als te ontvangen. Bij eenrichtingsradiocommunicatie verzendt een van de correspondenten alleen berichten en de ander (of anderen) ontvangt alleen.

Tweerichtingsradiocommunicatie kan simplex of full-duplex zijn. In het eerste geval vindt de verzending en ontvangst van informatie tussen correspondenten afwisselend plaats, terwijl radio-uitwisseling mogelijk is op dezelfde frequentie of op afzonderlijke ontvangst- en zendfrequenties. In dit geval is radiocommunicatie simplex enkele frequentie (of eenvoudigweg simplex), en in het tweede geval - simplex dubbele frequentie. Bij het dirigeren full-duplex radio Het verzenden en ontvangen van informatie vindt gelijktijdig plaats. Bovendien, als de zenders van de correspondenten voortdurend zijn ingeschakeld, ongeacht of er informatie wordt verzonden of niet, wordt radiocommunicatie gewoonlijk duplex genoemd, en als de zenders alleen worden ingeschakeld tijdens de overdracht van informatie, en wanneer er geen overdracht plaatsvindt, ze zijn uitgeschakeld - half-duplex.

Voor het verzenden van berichten via radiokanalen wordt gebruik gemaakt van een deel van het spectrum van elektromagnetische golven, variërend van 3 kHz tot 3000 GHz. Dit deel van het spectrum wordt het radiofrequentiespectrum (radiospectrum) genoemd, en de frequenties van het radiospectrum worden radiofrequenties genoemd. Volgens het internationale document, de Radio Regulations, bevat het radiospectrum 9 banden (bereiken), te beginnen met de vierde. Het spectrum is verdeeld in bereiken, zodat de verhouding tussen de bovengrensfrequentie van het bereik en de ondergrensfrequentie ervan 10 is. In dit geval wordt de bovengrensfrequentie van elk bereik erin opgenomen en de onderste uitgesloten. Binnen hetzelfde bereik zijn de voortplantingseigenschappen van radiogolven vrijwel identiek. In tabel 2.1 toont de namen die overeenkomen met het Radioreglement, letteraanduidingen(internationaal en Russisch) en de grenzen van de frequentiebanden waaruit het radiospectrum bestaat.

Golven in het bereik van 10 m tot 1 cm worden vaak gecombineerd onder de naam ultrakorte golven (VHF), en onder ultrahoge frequenties wordt verstaan ​​UHF, SMV en MMV. De eerste wordt verklaard door het feit dat elk van de bereiken met nummers vanaf 8 en hoger, met distributiekenmerken, een aantal eigenschappen heeft die alle VHF-banden gemeen hebben; en de tweede - door het feit dat in technische apparaten Magnetron voor het ontvangen en isoleren van hoogfrequente oscillaties in resonantiecircuits in plaats van traditionele circuits lage frequenties voor condensatoren en inductoren worden andere ontwerpen gebruikt: korte lengtes draad lijnen, metalen strips, golfgeleiders en doosvormige holteresonatoren. Bovendien worden radiogolven van banden 9 en hoger vaak microgolven genoemd.

Radiogolven worden gekenmerkt door wetten en verschijnselen die gemeenschappelijk zijn voor elektromagnetische golven, waarvan de belangrijkste zijn:

rechtlijnige voortplanting van radiogolven - voortplanting van radiogolven in een homogeen (of enigszins inhomogeen) medium rechtstreeks van de bron naar de plaats van ontvangst langs rechtlijnige of dichtbij hen gelegen trajecten;

reflectie van radiogolven - een verandering in de voortplantingsrichting van radiogolven als gevolg van reflectie van het grensvlak tussen twee media of van inhomogeniteiten in het medium;

diffractie van radiogolven - een verandering in de structuur van het golfveld onder invloed van obstakels, die met name ruimtelijke inhomogeniteiten van het voortplantingsmedium zijn, wat ertoe leidt dat de radiogolf rond deze obstakels buigt;

breking van radiogolven - een verandering in de voortplantingsrichting van radiogolven als gevolg van een verandering in de snelheid van hun voortplanting wanneer ze door een inhomogeen medium gaan;

absorptie van radiogolven - een afname van de energie van een radiogolf als gevolg van de gedeeltelijke overgang ervan naar thermische energie als gevolg van interactie met de omgeving;

radiogolfverstrooiing - de transformatie van radiogolven die zich in één richting voortplanten in radiogolven die zich in verschillende richtingen voortplanten;

multipath-voortplanting - voortplanting van radiogolven van de zendende naar de ontvangende antenne langs verschillende trajecten;

interferentievervaging van radiogolven - quasi-periodieke veranderingen in het veldniveau als gevolg van de aankomst op de ontvangstlocatie van veel radiogolven met fasen die in de tijd ten opzichte van elkaar variëren.

Tabel 2.1

Classificatie van radiofrequentiebereiken en radiogolven

Baan nummer	Frequentielimieten	Frequentie namen	Grenzen golflengten	Golf naam
		Zeer laag		Myriameter, of extra lang (MIMV, SDV)
				Kilometer of lang
	300…3000 kHz			Hectometrisch of gemiddeld
				Decameter, of kort (DKMV, HF)
		Heel lang		Meter
	300…3000 MHz	Ultrahoog		decimeter
		Ultrahoog		Centimeter
				Millimeter
	300…3000 GHz	Hypertall		Decilli- meter

Bij radiocommunicatie kan de overdracht van radiosignalen op twee manieren plaatsvinden: langs het aardoppervlak en met straling de ionosfeer in en van daaruit terug naar het aardoppervlak.

Op basis hiervan wordt onderscheid gemaakt tussen terrestrische en ionosferische radiogolven.

Radiogolven die zich in de nabijheid (op golflengteschaal) van het aardoppervlak voortplanten, worden terrestrische radiogolven genoemd. Grondradiogolven omvatten directe golven (die zich in een rechte lijn voortplanten), golven die door de grond worden gereflecteerd, en oppervlakteradiogolven (die zich voortplanten langs een grensvlak). Ionosferische golven zijn radiogolven die zich in de vrije ruimte voortplanten door reflectie vanuit de ionosfeer of door verstrooiing daarin. Radiocommunicatie waarbij gebruik wordt gemaakt van ionosferische golven wordt ook wel ionosferisch genoemd.

De ionosfeer wordt gevormd door een geïoniseerd gebied van de atmosfeer dat zich op hoogten van 60...80 tot 1000...1200 km boven de aarde bevindt. De belangrijkste bron van ionisatie van de atmosfeer, onder invloed waarvan neutrale moleculen en gasatomen waaruit de ionosfeer bestaat, worden gesplitst in positief geladen ionen en vrije elektronen, is ultraviolet en röntgenstraling De zon, evenals de corpusculaire stromen, zijn voornamelijk van zonne-oorsprong. Bovendien vindt ionisatie van de atmosfeer plaats onder invloed van kosmische straling van verre sterren en kosmisch stof dat voortdurend de atmosfeer van de aarde binnendringt.

De mate van ionisatie, gekenmerkt door elektronendichtheid, varieert in hoogte vanwege de heterogeniteit van de atmosfeer. Daarom krijgt de ionosfeer een complexe meerlaagse structuur, er worden geïoniseerde wolken in gevormd, waarvan de elektronenconcentratie zowel afhangt van de hoogte van de wolk als van de mate van zonneactiviteit, de dikte van de atmosfeer en enkele andere redenen. De verdeling van de ionisatie-intensiteit over de hoogte in de echte atmosfeer heeft verschillende maxima. Er zijn drie gebieden D, E, F (in volgorde van toenemende hoogte boven het aardoppervlak), waarbinnen zich drie geïoniseerde lagen met dezelfde naam bevinden. Overdag valt de geïoniseerde F-laag uiteen in twee lagen F1 en F2. De mate van ionisatie hangt af van de tijd van het jaar, de dag en de geografische locatie, en deze afhankelijkheden zijn verschillend voor verschillende lagen. De gemiddelde hoogten van de lagen en de mate van hun ionisatie (elektronendichtheid) worden weergegeven in de tabel. 2.2.

Elke laag wordt gekenmerkt door zijn eigen kritische frequentie fcr, gedefinieerd als hoogste frequentie radiosignaal, waarbij een verticaal gerichte radiogolf door deze laag wordt gereflecteerd. Bij een frequentie boven de kritische frequentie wordt de radiogolf niet gereflecteerd, maar gaat hij door de geïoniseerde laag van de ionosfeer.

Gelijktijdig met het verschijnen van nieuwe elektronen in de ionosfeer verdwijnen enkele van de daarin aanwezige elektronen, waardoor positieve ionen en neutrale moleculen worden samengevoegd. Het proces van het recombineren van geladen deeltjes en het vormen van moleculen in de atmosfeer wordt recombinatie genoemd.

Ionisatie wordt, naast de zon, veroorzaakt door meteoren die de atmosfeer van de aarde binnendringen met snelheden van enkele tientallen kilometers per seconde. Wanneer meteorische substantie de dichte lagen van de atmosfeer binnendringt, warmt deze op en verdampt, en de deeltjes van de substantie, die geïoniseerd zijn, ioniseren de omringende lucht. Hierdoor gemiddeld niveau ionisatie van de atmosfeer neemt toe. Bovendien vormt zich achter de meteoor een cilindervormige kolom van geïoniseerde lucht, waardoor lokale ionisatie ontstaat. Het meteoorspoor breidt zich snel uit en verdwijnt, en blijft één tot enkele seconden in de atmosfeer. Dergelijke geïoniseerde meteoorsporen worden gevormd op een hoogte van 80...120 km boven het aardoppervlak, ongeveer tussen laag D en laag E. Radiocommunicatie gebaseerd op het gebruik van reflectie van radiogolven van geïoniseerde lagen van meteoren wordt meteoorradiocommunicatie genoemd. Meteoorradiocommunicatielijnen gebruiken een intermitterende werkingsmodus met voorlopige accumulatie van informatie en de daaropvolgende verzending ervan tijdens de periode waarin meteoorsporen voorkomen.

LikBez > Over radiocommunicatie

Algemene schema's voor het organiseren van radiocommunicatie

Een informatieoverdrachtsysteem waarbij telecommunicatiesignalen via radiogolven in de open ruimte worden verzonden, wordt een radiosysteem genoemd. Radiosystemen zijn onderverdeeld in radioverbindingen en radionetwerken.

Op basis van de methode voor het organiseren van radioverbindingen worden radiocommunicatie in één richting en in twee richtingen onderscheiden. Radiocommunicatie, waarbij één van de radiolijnen alleen zendt en de andere alleen ontvangt, wordt eenrichtingsverkeer genoemd. Eenrichtingsradiocommunicatie, waarbij de radiouitzending van één (hoofd)radiostation tegelijkertijd door meerdere correspondenten kan worden ontvangen, wordt circulair genoemd. Voorbeelden van circulaire eenrichtingsverzending van berichten zijn waarschuwingssystemen, diensten voor het overbrengen van berichten van perscentra naar de redacties van kranten, tijdschriften, enz. Ook televisie- en geluidsomroepnetwerken zijn typische voorbeelden van een circulaire manier om radiocommunicatie te organiseren. In dit geval vormen het radiozendstation, het medium voor de voortplanting van het radiosignaal (open ruimte) en elk radio-ontvangstapparaat dat zich in het dekkingsgebied van het station bevindt, een eenrichtingsradioverbinding, en de verzameling van dergelijke radioverbindingen is een radio-omroepnetwerk.

Tweerichtingsradiocommunicatie omvat de mogelijkheid om informatie van elk radiostation te verzenden en te ontvangen. Hiervoor heeft u twee sets eenodig, d.w.z. Op elk punt moet u zowel een zender als een ontvanger hebben. Tweerichtingscommunicatie kan simplex en duplex zijn (Fig. 1). Bij simplex-radiocommunicatie worden de verzending en ontvangst bij elk radiostation afwisselend uitgevoerd. In dit geval werken de radiozenders aan de eindpunten van de communicatielijn op dezelfde frequentie en zijn de ontvangers op dezelfde frequentie afgestemd.

Fig. 1 Functionele diagrammen van tweewegradiocommunicatie: a-simplex radiocommunicatie, b-duplexcommunicatie

Bij full-duplex radiocommunicatie vindt de radiotransmissie gelijktijdig met de ontvangst plaats. Voor elke duplex-radioverbinding moeten twee verschillende frequenties worden toegewezen. Dit wordt gedaan zodat de ontvanger alleen signalen ontvangt van de zender vanaf het tegenovergestelde punt en geen signalen ontvangt van zijn eigen radiozender. Radiozenders en radio-ontvangers van beide correspondenten van duplex-radiocommunicatie zijn ingeschakeld gedurende de gehele tijd dat de radiocommunicatielijn in bedrijf is.

Simplexcommunicatie wordt in de regel gebruikt in de aanwezigheid van relatief kleine informatiestromen. Transmissiesystemen met een grote informatiebelasting worden gekenmerkt door duplexcommunicatie.

Als het nodig is om radiocommunicatie te hebben een groot aantal correspondenten, dan wordt een radionetwerk georganiseerd (Fig. 2). In dit geval kan één radiostation, het hoofdstation genoemd, berichten verzenden voor zowel één als meerdere slaafcorrespondenten. De radio-operator controleert de bedrijfsmodus in het radionetwerk en stelt direct de prioriteit in voor de transmissie van ondergeschikte stations. Deze laatste kunnen, met de juiste toestemming, niet alleen informatie uitwisselen met het hoofdradiostation, maar ook met elkaar. Deze optie voor het organiseren van een radionetwerk kan worden gebouwd op basis van zowel een complexe simplex (zie figuur 2, a) als een complexe duplex (zie figuur 2, b). In het eerste geval is het mogelijk om radiostations (radiozenders) te gebruiken die op dezelfde (gemeenschappelijke) radiogolf(frequentie) werken. In het tweede geval zendt het hoofdradiostation op één frequentie uit en ontvangt het op meerdere frequenties (afhankelijk van het aantal ondergeschikte radiostations).

Fig.2 Functionele diagrammen van radionetwerkorganisatie: a-complex simplex, b-complex duplex

Elke transmissielijn voor radio-informatie (communicatie, geluid of televisie-uitzendingen) bevat radiozend- en radio-ontvangers voorzien van antennes. De zendantenne zendt het elektrische signaal van de zender uit in de vorm van een radiogolf. De ontvangende antenne vangt de radiogolf op en vanaf de uitgang gaat het elektrische signaal naar de ingang van de ontvanger. Transmissielijnen elektromagnetische energie, het aansluiten van de antenne op de radiozender of ontvanger worden feeders genoemd. Antenne-feederapparaten zijn erg belangrijke elementen radiocommunicatielijnen. In de praktijk worden vaak richtantennes gebruikt. Bij het zenden zendt een richtantenne radiogolfenergie uit in een specifieke richting. Hoe groter de richtingsgevoeligheid van de antenne, hoe lager het zendvermogen, radiocommunicatie is mogelijk. Ontvangende directionele antennes verhogen de signaal-interferentieverhouding aan de ingang van het ontvangende apparaat, wat ook helpt de benodigde kracht radio zender.

De succesvolle werking van radiolijnen hangt niet alleen af ​​van de ontwerpkenmerken en de kwaliteit van de vervaardiging van radioapparatuur. Bij het aanleggen en exploiteren van radiolijnen moet rekening worden gehouden met de kenmerken van de voortplanting van radiogolven langs het pad van de zendende naar de ontvangende antenne. Deze functies variëren afhankelijk van het frequentiebereik. De verdeling van radiogolven in reikwijdten overeenkomstig het Radioreglement vindt u in de tabel. 1. Radiogolven op radioverbindingen planten zich voort in natuurlijke omstandigheden, en deze omstandigheden zijn gevarieerd en variabel. Allereerst moet er rekening mee worden gehouden dat de aarde rond is. Op de weg van de zendende naar de ontvangende antenne moeten radiogolven rond de uitstulping van de aarde gaan.

Tabel 1. Classificatie van het verdelen van radiogolven in bereiken

Op onszelf elektromagnetische trillingen ze geven geen informatie. Om informatie te verzenden, is het noodzakelijk om een ​​bericht op elektromagnetische oscillaties in te drukken, d.w.z. hoogfrequente elektromagnetische trillingen alleen gebruiken als drager van een bericht dat informatie bevat. Voor dit doel is het noodzakelijk om een ​​of meer parameters van de draaggolf (bijvoorbeeld amplitude, frequentie, fase en andere parameters) te wijzigen in overeenstemming met veranderingen in het bericht. Vervolgens wordt een hoogfrequente oscillatie verkregen met in de tijd variërende parameters volgens de wet van het verzonden bericht. Het beschouwde proces wordt modulatie genoemd.

Elk radiozendapparaat moet dus uit een generator bestaan elektrische trillingen, verbonden met de zendantenne, en een modulator waarmee modulatie wordt uitgevoerd.

Het ontvangstpunt moet een apparaat bevatten dat de energie van elektromagnetische golven omzet in de energie van elektrische trillingen, d.w.z. ontvangende antenne. De antenne vangt elektromagnetische golven op die worden uitgezonden door verschillende zenders die op verschillende frequenties werken. Om signalen van slechts één station te ontvangen, is het noodzakelijk om een ​​selectief apparaat te hebben dat in staat is om uit de oscillaties van verschillende frequenties alleen die oscillaties te selecteren die worden uitgezonden. het gewenste radiostation. Om dit probleem op te lossen wordt gebruik gemaakt van elektrische oscillatiecircuits, afgestemd op de frequentie van het ontvangen radiostation.

Geselecteerd met oscillerend circuit trillingen met een hoge frequentie moeten worden blootgesteld omgekeerde conversie, d.w.z. daaruit stromen of spanningen verkrijgen die veranderen in overeenstemming met de wet van modulatie van elektrische oscillaties in de radiozender. Om dit probleem op te lossen, moet de ontvanger over een speciaal apparaat beschikken, een zogenaamde detector.

Ten slotte moet het geëxtraheerde signaal naar een eindapparaat worden gestuurd dat het zal opnemen of een persoon in staat zal stellen het waar te nemen in de vorm van geluid of licht (beeld).

4. Ontwikkeling functioneel diagram radioverbindingen

4.1 Spectrum van het KIM-FM-FM-signaal

Het KIM-FM-FM-signaal is een van de meest gebruikte signalen bij het organiseren digitale communicatie via langdurige radiokanalen. CMM-signaalsymbolen zijn gevuld met blokgolven (meander) verschillende frequenties voor nullen en enen. Het CMM-FM-signaal moduleert de draaggolfoscillatie in fase.

De analytische registratie van het KIM-FM-FM-signaal heeft de vorm:

Rechthoekige oscillaties (meander) met frequenties w 1 en w 2 gebruikt in de tweede fase van signaalmodulatie; П с (t) – opeenvolging van positief en negatief rechthoekige pulsen, d.w.z. CMM-signaal.

Algemeen beeld Het signaalspectrum wordt getoond in figuur 5.

De intensiteit van het continue deel van het spectrum bij frequenties w 0 ±w 1 en w 0 ±w 2, d.w.z. waarde A is gelijk aan:

waarbij j de faseafwijking in de laatste modulatiefase is; P(1) – waarschijnlijkheid van het verschijnen van enen in het CMM-signaal; t 0 – duur van een elementair symbool.

Het signaalspectrum wordt getoond voor het geval dat P(1)=P(0). In het geval dat Р(1)¹Р(0), de vorm van het spectrum bij frequenties w 0 ±w 1 en w 0 ±w 2.

4.2. Beschrijving van het functionele diagram van de zender.

Onze ontwikkelde gecombineerde radiocommandolijn heeft één kenmerk: aan boord van het vliegtuig zal er niet alleen een ontvanger zijn, maar ook een zender die informatie van een ander soort zal verzenden dan wij deze verzenden: het kan telemetrische informatie zijn, foto's (digitaal) van het gebied, enz. p.

Rijst. 6. Blokschema van het verzendende deel

In het eenvoudigste geval kan de werking van de zender als volgt worden uitgelegd. De ingang van schakelaar Com1 ontvangt N verzonden berichten U1(t), U2(t). Met behulp van een ADC worden ze geconverteerd digitale code. De PC-codeconverter wordt gebruikt om de code naar serieel om te zetten. Het synchronisatiecircuit (SS) regelt de werking van het zendende deel en genereert de volgende signalen:

1. Schakelbesturingssignalen Com 1. Deze signalen hebben een herhalingssnelheid die wordt bepaald door de bovenste frequentie van het spectrum van verzonden berichten;

2. Signalen ADC-controle;

3. Stuursignalen van de pc-codeomzetter;

4. Framesynchronisatiesignaal. Als synchronisatiesignaal wordt in de regel een m-reeks gebruikt waarvan de lengte groter is dan of gelijk is aan de helft van de lengte van het informatiedeel.

Met behulp van de opteller (+) wordt een signaal gegenereerd op de videofrequentie (Fig. 7.).

In de figuur: T ss – duur van het synchronisatiewoord, T ks – duur van het commandowoord, t 0 – duur van het elementaire CMM-symbool.

Bij een groepssignaal volgen de symbolen klok frequentie ft, die wordt bepaald door de hoofdklokgenerator van het synchronisatiesysteem. Met behulp van de KOM 2-schakelaar wordt het symbool “1” gevuld met een meander met een frequentie van f1, en het symbool “0” met een meander met een frequentie van f2. Het resultaat is een CMM-FM-signaal, dat vervolgens naar een fasemodulator (PM) wordt gevoerd. Het signaal op de hulpdraaggolffase moduleert de oscillatie op de draaggolffrequentie Wo. De eindversterker versterkt het ontvangen CMM-FM-FM-signaal om de vereiste versterking van de gehele zender te leveren. Het antenne-feederpad coördineert de antenne met de zender.

4.3 Beschrijving van het functionele diagram van de ontvanger

Het blokschema van het ontvangende deel van de radioverbinding wordt getoond in figuur 8.

Rijst. 8. Blokschema van het ontvangende deel

In het hoogfrequente deel van de ontvangstzijde wordt de draaggolffrequentie overgedragen naar de middenfrequentie. Spanningsreferentiedriver

Rijst. 9. Referentiespanningsdriver

De ACHTERGROND is gebaseerd op een PLL (Fig. 9.) of een volgfilter.

Aan de uitgang van de gestuurde generator (CG) wordt een signaal geïnstalleerd waarvan de frequentie en fase samenvallen met de frequentie en fase van het ontvangen signaal. Als het signaal Uop = cosw 0t als referentiespanning wordt gebruikt, zal de uitgang van de fasedetector een CMM-FM-signaal zijn. Dit signaal gaat vervolgens naar banddoorlaatfilters. Banddoorlaatfilters PF1 en PF2 zijn afgestemd op de hulpdraaggolffrequenties f1 en f2.

Aan de uitgang van het verschilcircuit wordt gevormd groep signaal, vervormd door geluid. Door te gebruiken oplosser RU het symbool is gedefinieerd. De beslisregel ziet er als volgt uit:

Als U x >0, dan is U x =1,

Als U x<0, то U x =0.

De signaalmonsters genomen uit de uitgang van de verschilschakeling worden vergeleken met de nuldrempel. Het schakelapparaat kan worden gemaakt in de vorm van een integrator en een drempelapparaat. Het waarborgen van de scheiding van elementaire symbolen die overeenkomen met verschillende posities van het codewoord wordt uitgevoerd met behulp van een symbool-voor-symbool synchronisatiesysteem.

Aan de uitgang van de aftrekinrichting bevindt zich een woord-voor-woord-synchronisatiesysteem.

Signalen van de uitgang van de shaper worden naar de kanaalverdeler gestuurd. Hierna wordt elk signaal uit het CMM-signaal met behulp van een DAC omgezet in analoge vorm.

Een kloksynchronisatiesysteem is nodig om het beslissingsapparaat te ondervragen op tijdstippen die overeenkomen met het midden van het symbool. De pollingtijd kan worden aangepast door de vertragingslijnwaarde te selecteren. Het kloksynchronisatiesysteem werkt als volgt. Het videosignaal van het verschilcircuit komt het differentiatiecircuit van de DC binnen. Het gedifferentieerde signaal wordt geleverd aan de vormer Ф, met behulp waarvan pulsen met een duur to/2 worden gevormd uit pulsen die overeenkomen met de voor- en achterflanken. Differentiatie en daaropvolgende vormgeving zijn nodig om een ​​component met frequentie ft in het spectrum van het signaal te verkrijgen. Deze spectrale component wordt geïsoleerd door een smalbandig resonantiefilter URF. Met behulp van de LS-vertragingslijn wordt het optimale poortmoment geselecteerd.

De stroom beslissingen over symbolen, die een stroom elementaire symbolen is, wordt verwijderd uit de uitvoer van de RU. Met behulp van het framesynchronisatiesysteem worden oscillaties gegenereerd met de framesnelheid. Het aangepaste SF-filter wordt afgestemd op de m-reeks, die wordt gebruikt voor framesynchronisatie. De uitgangspulsen van de SF, gegenereerd in amplitude en duur door de shaper, worden in een digitale fasedetector vergeleken met de oscillaties van een lokale generator. Het stuursignaal dat de frequentie van de lokale oscillator verandert, wordt uit het laagdoorlaatfilter verwijderd. De blokgolf van de uitgang van de lokale generator bestuurt de werking van de RK-kanaalverdeler, d.w.z. regelt de distributie van ontvangen informatie onder consumenten.

6300 Hz @6,3 kHz Type groepssignaal: In eerste benadering wordt de breedte van het CIM-PM-PM-spectrum bepaald door de breedte van de hoofdlob: Df = 2 * (1 / t) = 2 * 1 /159 *10-6s = 12579Hz = 12,6 kHz 3. Berekening van het energiepotentieel van een radioverbinding Het energiepotentieel van een radioverbinding is de verhouding tussen het gemiddelde signaalvermogen en de spectrale ruisdichtheid, herberekend naar de input van de ontvanger. ...

...: 2.4 Berekening van het energiepotentieel Het energiepotentieel van een radioverbinding is de verhouding tussen het gemiddelde signaalvermogen en de spectrale ruisdichtheid, herberekend naar de input van de ontvanger. De parcoursontwerpopdracht specificeert een lijn met een afstand tussen ontvanger en zender van 200 km. Laten we vragen dat deze lijn de aarde is: een gecontroleerd object. Dit type communicatielijn is bedoeld voor...

Er wordt gebruik gemaakt van een karakter-voor-karakter-techniek. Figuur 1. Functioneel diagram van een KIM-FM-radioverbinding U moet de informatieoverdrachtsnelheid R (binaire eenheden per seconde), het energiepotentieel van de radioverbinding, de wet van verandering in de draaggolffrequentie als gevolg van de instabiliteit van de radioverbinding kennen. de zender en de beweging van de zend- en ontvangstpunten. Er wordt ook aangenomen dat de symbolen in het CMM-signaal als onafhankelijk kunnen worden beschouwd, en...

Russische ruimtevaartuigen die in 1982 op Venus landden, stuurden kleurenfoto's van grillige rotsen terug. Dankzij het broeikaseffect is Venus extreem heet. De atmosfeer, die een dikke deken van koolstofdioxide is, houdt de warmte van de zon vast. Als gevolg hiervan hoopt zich een grote hoeveelheid thermische energie op. Digitale radioverbinding met...

Om het zendgedeelte op te bouwen, zullen we eerst de kenmerken van signaalvorming in de voorwaartse (vanaf knooppunt 1) en achterwaartse (vanaf knooppunt 2) kanalen van het CDMA-systeem bekijken.

Kenmerken van de vorming van voorwaartse en achterwaartse kanalen

Direct kanaal. Signaalvorming in het CDMA-systeem begint met de conversie van een analoog spraaksignaal (in zendknooppunt 1) in een digitaal signaal, waarvoor een vocoder met variabele coderingssnelheid wordt gebruikt, waarvan de basis een algoritme is dat rekening houdt met de kenmerken van menselijke spraak. Een vocoder transcodeert een digitale stream van 64 kbit/s naar een stream van 8 of 13 kbit/s. Tijdens deze transformatie wordt de informatiestroom verdeeld in frames van 20 ms lang, en worden intervallen met pauzes verwijderd. De resulterende stroom heeft een snelheid van 1 tot 8 kbit/s.

Een ander belangrijk kenmerk van de vocoder met variabele snelheid is het gebruik van een adaptieve drempel om de vereiste datasnelheid te bepalen. Het drempelniveau verandert om overeen te komen met het achtergrondgeluid, wat resulteert in een verbeterde spraakkwaliteit.

Na de vocoder komt het signaal in een convolutionele encoder, waarmee u maximaal drie fouten in het datapakket kunt corrigeren.

Vanuit het convolutionele coderingsapparaat komt een stroom met een snelheid van 19,2 kbit/s het interleaving-apparaat binnen, waar deze wordt gemengd in een tijdsinterval van 20 ms. Dit wordt gedaan om de bits die verloren gaan tijdens de verzending gelijkmatig in de datastroom te verdelen en batches fouten in de ether te elimineren. Het principe is dit: de gegevensstroom wordt rij voor rij in de matrix geschreven. Zodra de matrix gevuld is, beginnen we informatie via de kolommen te verzenden. Als gevolg hiervan wordt, wanneer verschillende bits informatie in de ether worden vervormd, bij ontvangst een pakket fouten, dat door de inverse matrix gaat, omgezet in enkele fouten.

Na het interleaven wordt de digitale stroom geconverteerd met behulp van een lange code (codes met maximale lengte), die kan worden verkregen met behulp van een schuifregister en gelijk is aan 2n -1 binaire symbolen, waarbij n het aantal bits van het schuifregister is. In CDMA-apparatuur wordt een lange code gegenereerd als resultaat van verschillende logische bewerkingen met een pseudo-willekeurige binaire reeks gegenereerd in een 42-bits schuifregister en een binair 32-bits masker, dat individueel voor elke abonnee wordt bepaald. Dit schuifregister wordt in alle basisstations van deze standaard gebruikt om de synchronisatie van het gehele netwerk te garanderen. Omdat de informatiestroomsnelheid 19,2 kbit/s bedraagt, wordt in het voorwaartse kanaal slechts elk 64e symbool van de lange code gebruikt.

De volgende stap is het coderen van het bericht met behulp van Walsh-codes. Dit is het belangrijkste onderdeel, omdat dit zorgt voor de scheiding van 64 CDMA-kanalen op één frequentiesectie. Eén rij van de Walsh-matrix is ​​toegewezen aan het communicatiekanaal tussen de abonnee en het BS. Als de encoderingang “0” is, wordt de overeenkomstige rij van de matrix (Walsh-code) verzonden. Als “1” wordt de reeks verzonden die is gegenereerd door de logische negatie van de overeenkomstige rij van de matrix (Walsh-code). Hierdoor wordt de informatiestroomsnelheid verhoogd van 19,2 kbit/s naar 1,2286 Mbit/s. Dienovereenkomstig breidt het signaalspectrum zich uit tot 1,22886 MHz.

De binaire stroom wordt vervolgens verdeeld in in-fase- en kwadratuurkanalen (I- en Q-kanaal) voor signaaloverdracht met behulp van kwadr(QPSK). Voordat de digitale stream in elk kanaal naar de mixers wordt gevoerd, wordt deze geconverteerd met behulp van een korte code. De korte code is een pseudo-willekeurige binaire reeks van 32768 binaire tekens lang, gegenereerd met een snelheid van 1,3288 Mbit/s. Deze volgorde is gemeenschappelijk voor alle basisstations in het bedrijfsnetwerk. De korte code wordt gegenereerd in een schuifregister van 15 bits. De resulterende bitstroom in elk kanaal wordt door een digitaal eindige impulsresponsiefilter (FIR) geleid om de bandbreedte van het uitgezonden signaal te beperken. De filterafsnijfrequentie bedraagt ​​ongeveer 615 kHz. De resulterende analoge signalen worden naar de overeenkomstige ingangen van de I/Q-modulator gestuurd.

Omdat alle gebruikers (knooppunt 2, knooppunt 3, enz.) een gecombineerd signaal ontvangen, is het voor het extraheren van informatie noodzakelijk om een ​​referentiesignaal over te zenden piloot kanaal. Een nulinformatiesignaal wordt verzonden in het pilootkanaal, en de Walsh-code ervan wordt gevormd uit de nulrij van de Walsh-matrix. Typisch wordt ongeveer 20% van het totale vermogen op het pilootkanaal uitgestraald. Voor daaropvolgende fasedemodulatie is een referentiesignaal nodig. Met de korte code kan dezelfde set Walsh-codes herhaaldelijk in elke cel worden gebruikt. Elke BS heeft zijn eigen tijdverschuiving bij het genereren van de code en kan daarom uniek worden geïdentificeerd in het netwerk. Na het belangrijkste deel van de signaalgeneratie in het zendende deel van CDMA te hebben beschreven, toont Fig. 2.1 tonen we het hierboven beschreven signaalgeneratiecircuit in het voorwaartse kanaal van knooppunt 1.

Figuur 1.1 - Signaalvorming in het voorwaartse kanaal

Retourkanaal. Knooppunt 2 gebruikt dezelfde vocoder en convolutionele codering als in het voorwaartse kanaal met een snelheid van 1/3, waardoor de gegevensoverdrachtsnelheid toeneemt van 9,6 naar 28,8 kbit/s, en interleaving in een pakket met een duur van 20 ms (Fig. 2.2).

Figuur 1.2 - Signaalvorming in het omgekeerde kanaal

Na interleaving wordt de uitgangsstroom verdeeld in woorden (elk zes bits), die kunnen worden toegewezen aan een van de 64 Walsh-codes. Elk ontvangend knooppunt van het bedrijfssysteem gebruikt dus zijn volledige set. Na deze operatie neemt de datastroomsnelheid toe tot 307,2 kbit/s. Vervolgens wordt de stream geconverteerd met behulp van een lange code die vergelijkbaar is met de code die wordt gebruikt door het verzendende knooppunt 1. In dit stadium worden de gebruikers gescheiden.

De uiteindelijke generatie van datastromen vindt op dezelfde manier plaats als in knooppunt 1, behalve het extra vertragingselement van 1/2 symboolduur in kanaal 0 om offset QPSK te implementeren.

Laten we eens kijken naar de basiscircuits van zenders die worden gebruikt in communicatiesystemen op basis van de CDMA-standaard.

De architectuur van de geïntegreerde schakelingen van het transmissiepad verschilt per fabrikant. Daarom is het bij het ontwerpen van een zender van het grootste belang om rekening te houden met het gebruikte type modulatie. Modulatiemethoden kunnen in twee groepen worden verdeeld: modulatiemethoden met constante envelop en variabele envelop. De eerste groep methoden heeft een constante amplitude van het gemoduleerde signaal. Een voorbeeld van een dergelijke modulatie is een GFSK-signaal - Gaussisch gefilterdeg. Signalen met een constante omhullende zijn energiezuiniger.

Signalen met een veranderende omhullende, zoals kwadratuur faseverschuivingssleuteling (QPSK), ervaren variaties in zowel amplitude als fase, wat leidt tot de noodzaak om een ​​zeer lineaire vermogensversterker aan de zenderuitgang te gebruiken. Ze zijn niet erg energiezuinig.

Onlangs zijn er nieuwe typen zenderarchitecturen verschenen. De meest voorkomende soorten worden hieronder besproken.

Kwadratuurmodulatoren

Een kwadratuurmodulator of I/Q (In-phase/quadrature) modulator (Fig. 2.2) is een universeel apparaat waarmee signalen met vrijwel alle soorten modulatie kunnen worden verkregen. Dit apparaat heeft een RF-ingang en een RF-uitgang en twee informatie-ingangen I en Q. Het RF-signaal kan worden weergegeven in cartesiaanse coördinaten als de grootte van de X- en Y-vectoren. In digitale signaalterminologie wordt de X-vector vervangen door In-. fase, en de vector Y wordt vervangen door kwadratuur Q (kwadratuur), vandaar de naam I/Q modulator/demodulator.

De modulatie-IQ-ingangen van kwadratuurmodulatoren ontvangen twee informatiesequenties van het informatiepad. Ze worden gevormd in digitale knooppunten uit de oorspronkelijke informatiestroom met behulp van serieel-parallelle conversie.

Kwadratuurreferentiesignalen worden verkregen door gebruik te maken van een faseverschuivingseenheid, die twee orthogonale referentiesignalen genereert met een faseverschuiving van 90 graden.

Figuur 1.3 - Structuur van een kwadratuurmodulator

De fase van het uitgangssignaal van de vermenigvuldiger in kanaal I kan waarden hebben van 0 of 180, in kanaal Q - 90 of 270 graden. Na het optellen van deze signalen kan aan de modulatoruitgang een gemoduleerd signaal met de vereiste parameters worden verkregen.

Transmissiepad met directe kwadratuurmodulatie

Het directe kwadratuurmodulatieblok (Fig. 1.3) converteert het signaal rechtstreeks in frequentie naar de radiofrequentie van het werkkanaal.

Figuur 1.4 - Blokstructuur met directe kwadratuurmodulatie

Structureel maakt een dergelijk transmissiepad gebruik van twee radiofren een PLL-lus met een afstembare RF-lokale oscillator (spanningsgestuurde oscillator - VCO). In dit geval wordt een hoge mate van integratie van de radiofrequentie-eenheid bereikt, omdat de onderdrukking van het spiegelkanaal wordt uitgevoerd in actieve cascades met behulp van fasemethoden. Er zijn geen zijcomponenten aan de zenderuitgang die verband houden met de vorming van de middenfrequentie vanwege de afwezigheid van de IF zelf in de zender.

Deze architectuur gebruikt minder componenten dan indirecte modulatie, maar het gebruik van twee vermenigvuldigers die op hoge kanaalfrequenties werken, kan leiden tot een aanzienlijke toename van de stroom die door het RF-blok wordt verbruikt. De moeilijkheid om een ​​nauwkeurige faseverschuiving in kwadratuurkanalen bij hoge frequenties te bereiken leidt tot onvoldoende onderdrukking van het spiegelkanaalsignaal.

De voordelen van een schema met directe RF-modulatie zijn: eenvoud, een groter dynamisch bereik van de zender vergeleken met een zender gemaakt met een frequentieconversiepad, lager energieverbruik en een vermindering van het gewicht en de omvang van het apparaat vanwege het ontbreken van IF-filters en mixers.

Om het effect van het slepen van de lokale oscillatorfrequentie te verminderen, worden een aantal technische oplossingen gebruikt:

• § genereren van een lokaal oscillatorsignaal met behulp van een frequentieverschuiving (door te mengen met het tweede lokale oscillatorsignaal);
• § verdubbeling van de lokale oscillatorfrequentie;
• § lokale oscillatorfrequentieverdeling;
• § fractioneel delen en vermenigvuldigen met behulp van een regeneratieve mixer;
• § gebruik van een breedband PLL-systeem.

Dubbele conversiezenders

Bij zenders met dubbele conversie moduleert de modulator het signaal en converteert het naar een vaste IF-frequentie. Het signaal wordt gefilterd met behulp van een laagdoorlaatfilter (LPF). De upconversion-mixer converteert naar de RF-frequentie van het bedieningskanaal. Omdat er aan de uitgang van de tweede mixer twee zijbanden worden gegenereerd, filtert een extern filter na de mixer de ongewenste zijband weg. Het signaal wordt vervolgens versterkt en naar de uitgang gestuurd voor verzending.

Veel CDMA-zenders gebruiken een tweetraps zenderontwerp. De noodzaak om een ​​extern banddoorlaatfilter te gebruiken om een ​​goede onderdrukking van valse componenten te bereiken, maakt het niet mogelijk het hoofddoel van de ontwikkelaars te bereiken: de RF-eenheid als een volledig geïntegreerde eenheid maken. Vergeleken met directe conversie levert het gebruik van deze aanpak minder problemen op, maar vereist de toevoeging van filters in het RF- en IF-pad. Er is een middenfrequentiefilter nodig om het niveau van breedbandruis en hogere IF-harmonischen, gegenereerd door de kwadratuur-I/Q-modulator, te onderdrukken. De moeilijkheid bij het implementeren van een laagdoorlaatfilter van hoge orde tussen de IF- en RF-trappen kan resulteren in onvoldoende onderdrukking van valse signalen die IF-harmonischen zijn. Een ander probleem bij het gebruik van een tweetrapszenderontwerp is de vorming van heterodyne frequenties voor de eerste en tweede opwaartse frequentieconversies van het signaal. In vergelijking met de directe conversiearchitectuur moet in deze structuur een extra lokaal oscillatorsignaal worden gegenereerd.

Zender met kwadratuurmodulator in de lus

feedback

Een optie voor het construeren van een zender met feedback, inclusief een kwadratuurmodulator, wordt getoond in Fig. 2.5.

Figuur 2.5 - Zender met een kwadratuurmodulator in een feedbacklus

Dit ontwerp maakt gebruik van een I/Q-modulator, een frequentiereductiemixer, een fasedetector met een uitgangsstroomgenerator, twee programmeerbare frequentiedelers, een lusfilter en een VCO.

Het voordeel van dit ontwerp is dat programmeerbare verdelers extra flexibiliteit bieden bij de frequentieplanning.

Digitale middenfrequentiezenders

Vooruitgang in de techniek en technologie van digitale geïntegreerde schakelingen heeft ertoe geleid dat signaaltransformaties zoals modulatie, frequentieoverdracht en filtering, uitgevoerd in middenfrequentietrappen, in het digitale domein kunnen worden uitgevoerd. In trappen met een digitale IF wordt het middenfrequentiesignaal gedigitaliseerd (Fig. 2.6). Een directe digitale frequentiesynthesizer (DDS) DDS (Direct Digital Frequency Synthesizer), ook wel een programmagestuurde of digitaal bestuurde generator genoemd, wordt gebruikt als een lokale IF-oscillator. De generator bemonstert digitaal twee sinusgolven die precies 90 graden uit fase zijn, waardoor cosinus- en sinussignalen ontstaan.

Figuur 2.6 - Transmissiepad met behulp van een digitale kwadratuurmodulator

Het is belangrijk om in gedachten te houden dat de snelheid waarmee de sinusgolfuitgangsmonsters worden gegenereerd altijd wordt bepaald door de referentiefrequentie fs, ongeacht de gegenereerde frequentie. De uitgangsfrequentie wordt gewijzigd door de fasevooruitgang per monster te wijzigen. Een kleine fasetoename per monster komt overeen met lage frequenties, een grote toename met hoge frequenties. De hoeveelheid faseverhoging per sample is direct evenredig met de uitgangsfrequentie en is programmeerbaar van 0 tot fs/2.

Laten we eens kijken naar de structuur van radiocommunicatie (Fig. 2.15).

De microfoon (M) zet de geluidstrillingen van spraak om in elektrische stroomtrillingen van de geluidsfrequentie (lage) frequentie. Een van de belangrijkste blokken van een radiozender is een masteroscillator (MG) (of hoogfrequente generator), die gelijkstroomenergie (een speciale stroombron) omzet in de energie van oscillerende hoogfrequente (HF) stromen. De audiofrequentiestroom die wordt versterkt in de laagfrequente versterker (ULF) wordt geleverd aan de modulator (Mod), waardoor een van de parameters (amplitude, frequentie of fase) van de hoogfrequente stroom wordt beïnvloed. Geproduceerd door de hoofdoscillator. Als gevolg hiervan worden hoogfrequente (radiofrequentie) stromen aan de zendantenne geleverd, variërend in amplitude, frequentie of fase in overeenstemming met de uitgezonden geluidstrillingen (uitgezonden door het oorspronkelijke bericht). Het proces van het beïnvloeden van een van de parameters van het RF-signaal volgens de wet van het wijzigen van het verzonden initiële bericht wordt aangeroepen modulatie , respectievelijk amplitude, frequentie of fase.

Figuur 2.15 – Blokdiagram van radiocommunicatie

Hoogfrequente stromen die door de zendantenne gaan, vormen eromheen een elektromagnetisch veld. Elektromagnetische golven (radiogolven) worden gescheiden van de antenne en planten zich door de ruimte voort met een snelheid van 300.000 km/s.

In de ontvangende antenne induceren radiogolven (elektromagnetisch veld) een radiofrequentie-emf, die een gemoduleerde RF-stroom creëert die alle huidige veranderingen in de zendantenne exact herhaalt. Hoogfrequente stromen van de ontvangende antenne worden via de voedingslijn naar een selectieve hoogfrequente versterker (UHF) verzonden. De selectiviteit wordt verzekerd door een resonantiecircuit, meestal bestaande uit een inductor en een parallel geschakelde condensator, die een parallel oscillerend circuit vormen dat een stroomresonantie heeft met de frequentie van elektromagnetische oscillaties die door de zender worden uitgezonden. Deze radio-ontvanger is vrijwel ongevoelig voor zenders van radiostations die op andere frequenties werken.

Het versterkte signaal wordt naar een detector (Det) gevoerd, die de ontvangen HF-signalen omzet in geluidstrillingsstromen die veranderen zoals audiofrequentiestromen die door een microfoon op het zendpunt worden gecreëerd. Deze transformatie wordt detectie (demodulatie) genoemd. De audio- of laagfrequente (LF)-stroom die na detectie wordt verkregen, wordt in de ULF meestal verder versterkt en naar een luidspreker (luidspreker of hoofdtelefoon) gestuurd, die deze LF-stroom omzet in geluidstrillingen.

Radiocommunicatie kan eenrichtingsverkeer of tweerichtingsverkeer zijn. Bij eenrichtingsradiocommunicatie zendt één van de radiostations alleen uit en ontvangt de andere (of andere) alleen. Bij tweerichtingsradiocommunicatie zenden en ontvangen radiostations tegelijkertijd.

Simplex-radiocommunicatie– dit is een tweerichtingsradiocommunicatie, waarbij elke abonnee alleen zendt of alleen op zijn beurt ontvangt, waarbij hij zijn zender uitschakelt tijdens het ontvangen (Fig. 2.16). Voor simplexcommunicatie is één radiofrequentie voldoende (simplexradiocommunicatie met één frequentie). Elk radiostation heeft één antenne, die bij ontvangst en verzending respectievelijk naar de ingang van de radio-ontvanger of de ingang van de radiozender schakelt.

Figuur 2.16 – Blokdiagram simplex radiocommunicatie

Simplexradiocommunicatie wordt meestal gebruikt als er relatief kleine informatiestromen zijn. Zware radionetwerken worden gekenmerkt door full-duplex communicatie.

Duplex radiocommunicatie- Dit is een tweerichtingsradiocommunicatie waarbij ontvangst en verzending gelijktijdig plaatsvinden. Voor full-duplex radiocommunicatie zijn twee verschillende draaggolffrequenties nodig, en zenders en ontvangers moeten hun eigen antennes hebben (Figuur 2.17). Bovendien is er aan de ingang van elke ontvanger een speciaal filter geïnstalleerd ( duplexeenheid), staat geen trillingen van de radiofrequentie van zijn eigen zender toe. De voordelen van full-duplex radiocommunicatie zijn het hoge rendement en de radionetwerkcapaciteit.

Figuur 2.17 – Blokdiagram van duplex-radiocommunicatie

Radiocommunicatie heeft de volgende voordelen ten opzichte van bekabelde communicatie:

Ø snelle inzet op ieder terrein en onder alle omstandigheden;

Ø hoge efficiëntie en overlevingskansen van radiocommunicatie;

Ø de mogelijkheid om verschillende berichten circulair, selectief of naar een groep abonnees naar een willekeurig aantal abonnees te verzenden;

Ø mogelijkheid tot communicatie met bewegende objecten.

Radiozendapparatuur

In functionele zin is een radiozendapparaat een set apparatuur die is ontworpen om een ​​radiofrequentiesignaal (RF-signaal) te genereren en uit te zenden. De radiozender omvat een draaggolfgenerator en een modulator als functionele eenheden. Bovendien bevatten radiozendapparaten (vooral krachtige) vele andere apparatuur: voedingen, koelmiddelen, automatische en afstandsbediening, alarmen, bescherming en blokkering, enz.

De belangrijkste indicatoren van radiozendapparaten kunnen voorwaardelijk in 2 groepen worden verdeeld: energie- en elektromagnetische compatibiliteitsindicatoren.

De belangrijkste energie-indicatoren van een radiozendapparaat zijn het nominale vermogen en de industriële efficiëntie. Onder nominaal vermogen (P) de gemiddelde waarde begrijpen van de energie die aan de antenne wordt geleverd gedurende de periode van radiofrequentie-oscillatie. Industrieel Prestatiecoëfficiënt (efficiëntie) vertegenwoordigt de verhouding tussen het nominale vermogen P en het totale P-totaal dat door het radiozendapparaat uit het AC-netwerk wordt verbruikt: η = P/P totaal · 100%.

De belangrijkste indicatoren voor elektromagnetische compatibiliteit zijn het werkfrequentiebereik, frequentie-instabiliteit en emissies buiten de band.

Bedrijfsfrequentiebereik verwijst naar de frequentieband waarin een radiozendapparaat werkt in overeenstemming met de vereisten van de norm.

Onder frequentie-instabiliteit radiozender begrijpt de afwijking van de oscillatiefrequentie aan de uitgang gedurende een bepaalde tijdsperiode ten opzichte van de ingestelde frequentie. Door de lage instabiliteit (hoge stabiliteit) van de frequentie kunt u interferentie met de radio-ontvangst verminderen.

Buiten de band ze noemen deze straling, die zich buiten de band bevinden die is toegewezen voor de verzending van nuttige berichten. Emissies buiten de band zijn een bron van extra interferentie bij radio-ontvangst. Bij het onderdrukken van emissies buiten de band gaat de kwaliteit van de signaaloverdracht niet achteruit.

Op basis van hun doel worden radiozendapparaten onderverdeeld in communicatieapparaten. Omroep en televisie. Op basis van het werkfrequentiebereik worden radiozendapparaten verdeeld in overeenstemming met de classificatie van soorten radiogolven. Afhankelijk van het nominale vermogen zijn radiozendapparaten onderverdeeld in laag vermogen (tot 100 W), middelhoog vermogen (van 100 tot 10.000 W), hoog vermogen (van 10 tot 500 kW) en hoog vermogen (meer dan 500 W). kW).

De specifieke kenmerken van de bediening maken het mogelijk onderscheid te maken tussen stationaire en mobiele radiozendapparaten (automobiel, vliegtuig, draagbaar, enz.).

Radio-ontvangers

Radio-ontvangst– is de extractie van signalen uit radio-emissie. Op de plaats waar radio-ontvangst plaatsvindt, zijn er tegelijkertijd radio-emissies van vele natuurlijke en kunstmatige bronnen. Het vermogen van het bruikbare radiosignaal is een zeer klein deel van het vermogen van de totale radio-emissie op de plaats van radio-ontvangst. De taak van een radio-ontvanger is om een ​​nuttig radiosignaal te isoleren van vele andere signalen en mogelijke interferentie, en om het verzonden bericht te reproduceren (herstellen).

De belangrijkste (in de zin van veelzijdigheid) indicatoren van radio-ontvangstapparatuur zijn: werkfrequentiebereik, gevoeligheid, selectiviteit, ruisimmuniteit.

Bedrijfsfrequentiebereik bepaald door het bereik van mogelijke afstemfrequenties. Met andere woorden, dit is het afstemfrequentiebereik waarbinnen een radio-ontvanger soepel of abrupt van de ene frequentie naar de andere kan overschakelen.

Gevoeligheid is een maatstaf voor het vermogen van een radio-ontvanger om zwakke radiosignalen te ontvangen. Het wordt kwantitatief geschat door de minimumwaarde van de elektromotorische kracht (EMF) van het signaal aan de ingang van de radio-ontvanger, waarbij de vereiste signaal-ruisverhouding aan de uitgang optreedt bij afwezigheid van externe interferentie.

Selectiviteit is een eigenschap van een radio-ontvangstapparaat waarmee een bruikbaar radiosignaal kan worden onderscheiden van radio-interferentie op basis van bepaalde kenmerken die kenmerkend zijn voor het radiosignaal. Met andere woorden: dit is het vermogen van een radio-ontvangstapparaat om het gewenste radiosignaal te isoleren van het spectrum van elektromagnetische golven op de ontvangstlocatie, waardoor storende radiosignalen worden verminderd. Er is sprake van ruimtelijke en frequentieselectiviteit. Ruimtelijke selectiviteit wordt bereikt door het gebruik van een antenne die zorgt voor de ontvangst van de gewenste signalen uit de ene richting en de verzwakking van radiosignalen uit andere richtingen van externe bronnen. Frequentie selectiviteit karakteriseert kwantitatief het vermogen van een radio-ontvangstapparaat om van alle radiofrequentiesignalen en radio-interferentie die op de ingang inwerken een signaal te isoleren dat overeenkomt met de afstemfrequentie van de radio-ontvanger.

Immuniteit voor lawaai Een radio-ontvanger wordt het vermogen genoemd om de storende effecten van interferentie te weerstaan. Kwantitatief wordt de ruisimmuniteit beoordeeld aan de hand van de maximale waarde van het interferentieniveau in de antenne waarbij de ontvangst van radiosignalen nog steeds verzekerd is.

Radio-ontvangstapparatuur kan op basis van verschillende criteria worden geclassificeerd. Per doel kunnen we uitzendingen (meestal radio-ontvangers of ontvangers genoemd), televisie (televisietoestellen), professionele en speciale radio-ontvangstapparaten onderscheiden. Professioneel zijn onder meer hoofdradio-ontvangers van het decameterbereik, radiorelais en satellietcommunicatielijnen. Onder de radio-ontvangstapparatuur voor speciale doeleinden moeten we bijvoorbeeld radar, radionavigatie, vliegtuigen, enz. noemen.

Antennes en feeders

Antenne is een interface-element tussen zend- of ontvangstapparatuur en het voortplantingsmedium van radiogolven. Antennes, in de vorm van draden of oppervlakken, zenden elektromagnetische golven uit tijdens het zenden, en bij ontvangst 'verzamelen' ze de invallende energie. Antennes bestaande uit draden met een kleine doorsnede in vergelijking met de golflengte en lengtedoorsneden worden genoemd draad. Antennes die door hun opening – diafragma – uitstralen worden genoemd opening. Soms worden ze diffractie, reflecterend, spiegel genoemd. Elektrische stromen van dergelijke antennes stromen langs geleidende oppervlakken met afmetingen die overeenkomen met de golflengte of veel groter zijn dan deze.

Het elektrische circuit en de hulpapparaten waarmee radiofrequentiesignaalenergie wordt overgedragen van een radiozender naar een antenne of van een antenne naar een radio-ontvanger, worden genoemd voeder. Aan feeders worden de volgende eisen gesteld: energieverliezen van hoogfrequente signalen daarin moeten minimaal zijn; ze mogen geen antenne-effect hebben, d.w.z. mag geen elektromagnetische golven uitzenden of ontvangen; voldoende elektrische sterkte hebben, d.w.z. het vereiste vermogen overbrengen zonder het gevaar van een elektrische storing van de isolatie.

Zendantennes die worden gebruikt in het kilometer- en hectometerradiogolfbereik worden met de radiozender verbonden via meerdraads coaxiale feeders. In het decameterbereik worden feeders meestal gemaakt in de vorm van twee- of vierdraads draadlijnen. Energie wordt meestal via coaxkabel naar radiogolfantennes getransporteerd. Bij kortere golven, vooral in het centimeterbereik, is de feeder gemaakt in de vorm van een holle metalen buis - een golfgeleider met een rechthoekige, elliptische of cirkelvormige dwarsdoorsnede.

De classificatie en methoden voor de voortplanting van radiogolven worden in de onderstaande tabellen gegeven.