Приемник системы связи с шумоподобными сигналами - Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника курсовая работа

Осуществление корреляции - метода приема сигналов с распределенным спектром. Характеристика шумоподобных сигналов. Выбор усилителя радиочастоты, смесителя, гетеродина, фазового детектора, коррелятора, системы синхронизации и обнаружения, компаратора.


посмотреть текст работы


скачать работу можно здесь


полная информация о работе


весь список подобных работ


Нужна помощь с учёбой? Наши эксперты готовы помочь!
Нажимая на кнопку, вы соглашаетесь с
политикой обработки персональных данных

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Новое перспективное направление в гражданской электросвязи - применение шумоподобных сигналов (ШПС) по сравнению с обычными узкополосными телекоммуникационными системами - обладает рядом преимуществ.
Шумоподобные сигналы получили применение в широкополосных системах связи, так как: обеспечивают высокую помехозащищенность систем связи; позволяют организовать одновременную работу многих абонентов в общей полосе частот при асинхронно - адресном принципе работы системы связи, основанном на кодовом разделении абонентов; позволяют успешно бороться с многолучевым распространением радиоволн путем разделения лучей; обеспечивают совместимость передачи информации с измерением параметров движения объекта в системах подвижной связи; обеспечивают электромагнитную совместимость (ЭМС) ШСС с узкополосными системами радиосвязи и радиовещания, системами телевизионного вещания, обеспечивают лучшее использование спектра частот на ограниченной территории по сравнению с узкополосными системами связи. Целью данной работы является разработка приемника системы связи с шумоподобными сигналами. При проектировании данного приемника необходимо не только стремиться к миниатюризации элементной базы, но, необходимо и обязательно, учесть все особенности приема шумоподобных сигналов. Для этого необходимо усложнить схему приемника, привнеся в нее коррелятор и систему синхронизации и обнаружения. Но такое усложнение схемы приемника оправдано подпомеховой передачей информации и "шифрованием" (расширением) псевдослучайной последовательностью узкополосного сигнала, что позволяет передавать секретную и дорогостоящую информацию с наименьшей вероятностью ее перехвата.
Проведем анализ технического задания. Приемник шумоподобных сигналов осуществляет дополнительную демодуляцию от расширяющего кода (ПСП) для того, чтобы выделить передаваемую информацию. Здесь и проявляются основные отличия приемника, предназначенного для приема ШПС. В обычной схеме, например, для приема дискретной информации типа телеграфного сигнала производится усиление в УРЧ и преобразование частоты (преобразований может быть несколько, это не меняет существа дела). После демодулятора передаваемая информация становится доступной для дальнейшей обработки - прием на слух или передача на печатающее устройство.
Теоретической основой метода приема сигналов с распределенным спектром является корреляция. Процесс корреляции осуществляется в главном узле приемника ШПС, называемом коррелятором. Принципиальная схема коррелятора состоит из балансного смесителя и следующего за ним интегратора или узкополосного фильтра ФНЧ для усреднения. В смесителе принимаемый сигнал умножается на копию ПСП, используемую в передатчике. Настройка заключается в согласовании параметров расширяющей спектр ПСП в передатчике с копией ПСП в приемнике. Главное условие нормальной работы аппаратуры ШПС - строгое согласование частотных и временных параметров, типов модуляции принимаемых и опорных сигналов. Только при этом условии в корреляторе широкополосная модуляция устраняется в полезном сигнале и сохраняется в других. Такое согласование обеспечивает система синхронизации и обнаружения. В нее могут входить несколько следящих систем фазовой и частотной автоподстройки и система слежения за задержкой.
Корреляцию очень удобно представить как процесс перемножения двух двоичных последовательностей. Если значительное число нулей и единиц и порядок их следования в сравниваемых последовательностях совпадают, то на выходе перемножителя образуется длинная последовательность нулей или единиц, отражающая переданную информацию. Эта последовательность пропускается через узкополосный фильтр. При этом происходит улучшение отношения сигнал/шум на выходе коррелятора по отношению к входу в N раз. В идеальном случае, в условиях полной синхронизации, расширение спектра полностью снимается как есть и после коррелятора можно наблюдать обычную последовательность длинных информационных посылок, как в любой узкополосной системе связи после синхронного детектора.
Такой метод приема определяет основные достоинства применения ШПС. При умножении на опорную копию кода остальные сигналы, модулированные другим кодом, не совпадающим хотя бы по одному параметру (частоте следования битов ПСП, их взаимному расположению, сдвигу начала кодовой последовательности), превращаются в хаотическую последовательность коротких импульсов с широким спектром. В результате через узкополосный фильтр проходит лишь малая часть энергии несогласованных сигналов. Так реализуется механизм кодового разделения. Аналогично узкополосная помеха при таком методе приема также дробится на беспорядочную последовательность коротких импульсов и ослабляется фильтром.
Таким образом, в одном узле обеспечивается как кодовое разделение, так и запас помехоустойчивости по отношению к большому числу помех разного типа. Однако при этом возникает несколько серьезных проблем. Одна из них - точность синхронизации принимаемого сигнала и сигнала генератора кода в приемнике, а, кроме того, необходимо решение ряда других задач, связанных с обнаружением ШПС и вхождением в связь. Тем не менее, все эти проблемы решаются, что обеспечивает реализацию преимуществ применения ШПС.
Основной характеристикой ШПС является база сигнала, определяемая как произведение ширины его спектра F на его длительность Т: B = FT
Для узкополосных сигналов В = 1, а для ШПС В >> 1.
В цифровых системах связи, передающих информацию в виде двоичных символов, длительность ШПС Т и скорость передачи сообщений С связаны соотношением Т = 1/С. Поэтому база сигнала В = F/C характеризует расширение спектра ШПС (S шпс ) относительно спектра сообщения. Расширение спектра частот передаваемых цифровых сообщений может осуществляться двумя методами или их комбинацией:
1. прямым расширением спектра частот;
2. скачкообразным изменением частоты несущей.
При первом способе узкополосный сигнал (рисунок 4) умножается на псевдослучайную последовательность (ПСП) с периодом повторения Т, включающую N бит последовательности длительностью каждый. В этом случае база ШПС численно равна количеству элементов ПСП В = Т/ 0 = N.
Скачкообразное изменение частоты (рисунок 5), как правило, осуществляется за счет быстрой перестройки частоты синтезатора в соответствии с законом формирования ПСП.
Прием ШПС осуществляется оптимальным приемником, который для сигнала с полностью известными параметрами вычисляет корреляционный интеграл
где x(t) - входной сигнал, представляющий собой сумму полезного сигнала u(t) и помехи n(t) (в данном случае белый шум). Затем величина Z сравнивается с порогом Z 0 . Значение корреляционного интеграла находится с помощью коррелятора (рисунок 6) или согласованного фильтра. Коррелятор осуществляет "сжатие" спектра широкополосного входного сигнала путем умножения его на эталонную копию u(t) с последующей фильтрацией в полосе 1/Т, что и приводит к улучшению отношения сигнал/шум на выходе коррелятора в 2В раз по отношению ко входу. При возникновении задержки между принимаемым и опорным сигналами амплитуда выходного сигнала коррелятора уменьшается и приближается к нулю, когда задержка становится равной длительности элемента ПСП 0 . Это изменение амплитуды выходного сигнала коррелятора определяется видом АКФ - автокорреляционной функции (при совпадающих входной и опорной ПСП) и ВКФ - взаимнокорреляционной функции (при отличающихся входной и опорной ПСП). На рисунке 7 а), б), в) показаны, соответственно, структура М-последовательности с N-15, вид ее периодической АКФ и апериодической АКФ, то есть периодически не продолжающейся во времени.
Выбирая определенный ансамбль сигналов с "хорошими" взаимными и автокорреляционными свойствами можно обеспечить в процессе корреляционной обработки (свертки ШПС) разделение сигналов. На этом основан принцип кодового разделения каналов связи.
В существующих и разрабатываемых системах сотовой связи преимущественно используются ШПС, формирование которых осуществляется по методу прямого расширения спектра (DS-CDMA-Direct Sequence CDMA). В этом случае адресность абонентов определяется формой псевдослучайной последовательности, используемой для расширения полосы спектра частот. Радиосигнал, сформированный в этом случае (рисунок 4), называется фазоманипулированным широкополосным сигналом (ФМн ШПС). Спектр частот ФМн ШПС на выходе формирующего устройства и на выходе усилителя мощности передатчика после фильтрации показаны на рисунке 8 а, б.
Доминирующее значение в выборе вида ПСП для формирования ШПС в системах подвижной радиосвязи играют, прежде всего, взаимные и автокорреляционные характеристики ансамбля сигналов, его объем, простота реализации устройств формирования и "сжатия" (свертки) сигналов в приемнике. В этой связи для формирования ФМн ШПС преимущественно используются линейные М-последовательности и их сегменты.
1.1 Выбор структурной схемы приемника
Анализируя выше изложенное и на основе исходных данных к расчету можно предположить следующую структурную схему приемника, представленную на рисунке 1.1.
Принцип работы можно описать следующим образом.
Сигнал, принятый антенной, поступает на преобразователь частоты, где происходит перенос на промежуточную частоту 70МГц, в фазовом детекторе сигнал переводится в область видеочастот, после чего поступает в коррелятор для сравнения, откуда подается на вход решающего устройства, также выполняющего роль АЦП, и на выходе решающего устройства имеем информационную последовательность нулей и единиц. Поиск ШПС, синхронизацию по времени и по частоте обеспечивает система синхронизации и обнаружения.
Рисунок 1.1.Структурная схема приемника.
Определим ширину полосы пропускания ЛТП по формуле
Очевидно, что ?f д =0. Далее по формуле рассчитаем .
Нестабильности частот сигнала и гетеродина соответственно равны:
Выбираем стандартную промежуточную частоту f пр = 70 МГц, тогда имеем
Погрешности настройки приемника полагаем равными нулю.
Определим результирующую ширину полосы пропускания ЛТП
Найдем эффективную полосу пропускания главного тракта приемника
Целесообразность применения системы АПЧ для повышения чувствительности и избирательности приемника можно оценить по коэффициенту сужения полосы пропускания приемника
Применение системы АПЧ позволяет повысить чувствительность приемника по напряжению в раз, поэтому принято считать, что применение АПЧ целесообразно при . Таким образом, применение системы АПЧ оказывается нецелесообразным.
2.2 Выбор первых каскадов для обеспечения заданной чувствительности
Определив необходимую полосу линейного тракта приемника, выберем первые каскады приемника, обеспечивающие требуемую чувствительность. Вычислим допустимый коэффициент шума N д :
- минимально допустимое отношение эффективных напряжений сигнал/помеха на входе приемника;
Е П - напряженность поля внешних помех;
h d - действующая длина приемной антенны (, для УКВ - 0,3 м);
П эф - шумовая полоса линейного тракта;
Т 0 - стандартная температура приемника (290 К);
R a - внутреннее сопротивление приемной антенны (50 Ом).
Так как в техническом задании не задана величина Е П , найдем ее из графика [1.c.13 рисунок 1.3.] E П =0,1 мкВ/м.
Подсчитаем допустимую величину коэффициента шума
Что означает, что для УКВ диапазона, в проектируемом приемнике обязательно ставить УРЧ. Воспользовавшись данными [1.c.16 таблица 1.3] полученное значение N д может быть обеспечено при УРЧ на транзисторах по каскодной схеме.
Минимальное отношение сигнал/шум на входе определяется выражением для определения помехоустойчивости ШСС:
где отношение сигнал - помеха на выходе приемника (на выходе коррелятора или согласованного фильтра (10 дБ)), отношение сигнал - помеха на входе приемника, В - база шумоподобного сигнала (примем равной 15).
это означает что уровень мощности шумов на входе приемника больше уровня мощности сигнала, т.е. происходит подпомеховая передача информации. Что и приводит к необходимости использования корреляционного приема. Основным назначением систем связи с ШПС является обеспечение надежного приема информации при воздействии мощных помех, когда отношение сигнал - помеха на входе приемника может быть много меньше единицы.
корреляция сигнал шумоподобный радиочастота
Усилителями радиочастоты (УРЧ) принято называть каскады радиоприемника, в которых усиление сигнала происходит на его несущей частоте. Эти каскады располагаются перед ПЧ в супергетеродинном приемнике. УРЧ обеспечивает требуемую избирательность по зеркальному каналу и заданную чувствительность приемника. Данная схема УРЧ используется до частоты 500 МГц, и удовлетворяет предъявленным в техническом задании требованиям.
Схема рассчитываемого УРЧ представлена на рисунке 3.2.
При использовании каскодной схемы УРЧ достаточным условием ее использования является: , где граничная частота крутизны характеристики в схеме с ОЭ, при которой Y21 падает до 0,7 от своего низкочастотного значения.
Выберем транзистор КТ325В, технические характеристики которого представлены в таблице 3.2.
Таким образом, получаем:, следовательно, условие выполняется.
Таблица 3.2.1 Параметры транзистора КТ325В.
Граничная частота коэффициента передачи
Постоянное напряжение коллектор-база
Постоянное напряжение коллектор-эмиттер
Рассеиваемая мощность без теплоотвода
3.2.2 Расчет усилителя радиочастоты по постоянному току
При схеме питания показанной на рисунке 3.2 обеспечивается термостабилизация режима по постоянному току и параметров транзистора в пределах от -40 0 до +60 0 С.
U кэ1 =U кэ2 =15В, I k =3мА, Е п =9В, g 11 =3.5мСм, f 0 =435 МГц.
Изменение обратного тока коллектора определяется из выражения:
Находим тепловое смещение напряжения базы:
Рассчитаем необходимую нестабильность коллекторного тока
- напряжение на коллекторе в рабочей точке.
Емкость Ср1 выберем равной 0,15мкФ, она является разделительной и на работу УРЧ влияния не оказывает.
3.2.3 Расчет резонансных элементов УРЧ
Рассчитаем параметры транзистора КТ325В, которые, будем считать, не зависят от частоты в рассчитываемом диапазоне, так как граничная частота транзистора 1ГГц.
Активное сопротивление эмиттерного перехода и базы определяются из выражений
где =1 - для сплавных транзисторов.
Входное сопротивление транзистора в схеме с ОБ на низкой частоте равно
Граничная частота крутизны характеристики в схеме с ОЭ
Индуктивность выходного контура выберем L=0.036мкГн.
Выбираем коэффициент подключения контура к транзистору m 1 =0.2.
Для схем с ОЭ-ОБ , с учетом этого если УРЧ должен обеспечить полосу пропускания не менее П, то
Находим коэффициент усиления каскодной схемы
Коэффициент устойчивого усиления для схемы ОЭ-ОБ рассчитывается по формуле
Как видно коэффициент устойчивого усиления больше, чем получившийся коэффициент усиления УРЧ, следовательно, оставляем эту схему с рассчитанными параметрами.
Найдем коэффициент шума каскодной схемы при согласовании на входе, для этого определим:
- эквивалентную шумовую проводимость транзистора
- эквивалентное шумовое сопротивление транзистора
При настройке входного контура на частоту f 0 коэффициент шума равен
Рассчитав на частоте f 0 =435МГц, получим значение коэффициента шума: (7.973дБ)
Смеситель построен на специализированной микросхеме К174ПС4. Микросхема представляет собой двойной балансный смеситель на основе транзисторного аналогового перемножителя функций. ИМС К174ПС4 предназначена для применения в радиоаппаратуре на частотах до 1000 МГц, в частности в селекторах каналов дециметрового диапазона приемников. Некоторые технические параметры представлены в таблице.3.3
Таблица 3.3 Параметры микросхемы К174ПС4.
Коэффициент ослабления входного и опорного напряжения.
Максимальная частота входного сигнала
Максимальная частота опорного напряжения
Максимальное напряжение сигнала на выводах 7,8,11,13
Относительная нестабильность частоты
Относительная нестабильность частоты при изменении фазы включения нагрузки от 0 0 до 180 0
Потребляемый ток в цепи коллектора, мА
Потребляемый ток в цепи управления, мА
Температура в контрольной точке модуля
Уровень гармонических составляющих в спектре выходного сигнала, дБ
Уровень паразитных составляющих в спектре выходного сигнала, дБ
Крутизна преобразования S прб мА/В, не менее
Верхняя граничная частота входного и опорного напряжения f гр , МГц, не менее
Ток потребления I пот , мА, не более
Входное U вх и опорное U оп напряжения, не более
Максимальное синфазное входное напряжение
Температурный дрейф напряжения смещения нуля
Коэффициент усиления напряжения К U 0 ; тыс.
Частота единичного усиления f 1, МГц
Максимальная скорость нарастания выходного напряжения
Амплитуда выходного напряжения ГУН, В
Однополярное напряжение питания , В
Постоянное напряжение на выводах 23,24 при напряжении питания 20 В
Постоянное напряжение на выводах 1,2 при напряжении питания 20 В
В данной работе также освещены вопросы безопасности и экологичности устройства. Проведена технико-экономическая оценка параметров системы с заключением последующих выводов.
Проектирование радиоприемных устройств. Под ред. А.П. Сиверса. Учебное пособие для вузов. М.: Сов. радио, 1976. - 488 с.
Справочник по учебному проектированию приемно-усилительных устройств/ М.К. Белкин, В.Т. Белинский, Ю.Л. Мазор, Р.М. Терещук.
Элементы радиоэлектронных устройств. Справочник - М.: Радио и связь, 1988. - 176с.
Зикий А.Н. Элементы радиоприемных устройств СВЧ: Справочные данные/Таганрог: ТРТУ, 1996. - 46с.
Варакин Л.Е. Системы связи с шумоподобными сигналами. - М.: Радио и связь, 1985. - 384 с.
Сикарев А.А., Лебедев О.Н. Микроэлектронные устройства формирования и обработки сложных сигналов. - М.: Радио и связь, 1983. - 216с., ил.
Мирский Г.Я. Аппаратурное определение характеристик случайных процессов. - М.: Энергия, 1972. - 455 с.
Опадчий Ю.Ф., Глудкин О.П., Гуров А.И. Аналоговая и цифровая электроника. - М.: Горячая линия - Телеком, 2002. - 768 с.
К.Е. Румянцев, А.А. Клюй. Входные устройства радиоприемников: Учебно-методическое пособие/Таганрог: ТРТУ, 1994. 61 с.
Румянцев К.Е. Усилители радиочастот приемников: учебно-методическое пособие. Таганрог: ТРТУ,1997.49с.
11.Бакаева Т.Н. Безопасность жизнедеятельности. Часть II : Безопасность в условиях производства: Учеб. пособие. Таганрог: ТРТУ, 1997. 318с.:ил.
12. Шелестов И. И. Радиолюбителям: полезные схемы. - М.: "Салон", 1998.-214с., ил.
13. Справочник по электрическим конденсаторам / М.Н. Дьяконов, В.И. Карабанов, В.И. Присняков и др.; Под общ. Ред. И.И. Четверткова и В.Ф. Смирнова. - М.: Радио и связь, 1983. - 576с.; ил.
14. Резисторы: Справочник / В.В. Дубровский, Д.М. Иванов, Н.Я. Пратусевич и др.; Под ред. И.И. Четверткова и В.М. Терехова. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Радио и связь, 1991. - 528с.: ил.
15. Полупроводниковые приборы: транзисторы. Справочник / В.Л. Аронов, А.В. Баюков, А.А. Зайцев и др.; Под общ. ред. Н.Н. Горюнова. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Энергоатомиздат, 1985. - 904с.: ил.
16. Полупроводниковые приборы: диоды, тиристоры, оптоэлектронные приборы. Справочник / А.В. Баюков, А.Б. Гитцевич, А.А. Зайцев и др.; Под общ. ред. Н.Н. Горюнова. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Энергоатомиздат, 1985. - 745с.: ил.
17. Интегральные микросхемы: Справочник / Б.В. Тарабрин, Л.Ф. Лунин, Ю.Н. Смирнов и др.; Под ред. Б.В. Тарабрина. - 2-е изд., испр. - М.: Энергоатомиздат, 1985. - 528с.: ил.
Выбор смесителя для работы в блоке формирования сигналов вспомогательного гетеродина. Изучение основных требований к преобразователям частоты. Анализ преимуществ и недостатков двойного балансного диодного смесителя. Обзор структуры гребенчатого фильтра. дипломная работа [2,5 M], добавлен 03.06.2012
Обоснование и разработка функциональной схемы радиоприемника. Основные параметры принципиальной схемы приемника в общем виде. Расчет частоты соседнего и зеркального каналов. Анализ показателей усилителя и преобразователя радиочастоты. Выбор детектора. курсовая работа [2,4 M], добавлен 18.05.2013
Расчет структурной схемы приёмника АМ-сигналов ультракоротковолнового диапазона. Определение числа поддиапазонов. Расчет чувствительности приемника и усилителя радиочастоты. Выбор промежуточной частоты и схемы детектора, анализ структуры преселектора. курсовая работа [222,6 K], добавлен 12.12.2012
Основные параметры приемника, описание структурной схемы. Разделение диапазона принимаемых частот на поддиапазоны. Выбор детектора, стереодекодера и транзистора для усилителя промежуточной частоты. Электрический расчет резистивного усилителя радиочастоты. курсовая работа [165,7 K], добавлен 29.10.2013
Разработка блока СВЧ приемника цифровой системы связи. Описание радиосигнала и его частотный спектр. Структурная схема смесителя с фазовым подавлением зеркального канала. Расчет допустимого коэффициента шума приемника. Схема усилителя радиочастоты. курсовая работа [597,9 K], добавлен 07.06.2015
Анализ методов обнаружения и определения сигналов. Оценка периода следования сигналов с использованием методов полных достаточных статистик. Оценка формы импульса сигналов для различения абонентов в системе связи без учета передаваемой информации. дипломная работа [3,0 M], добавлен 24.01.2018
Структурная схема системы связи и приемника. Выигрыш в отношении сигнал/шум при применении оптимального приемника. Применение импульсно-кодовой модуляции для передачи аналоговых сигналов. Расчет пропускной способности разработанной системы связи. курсовая работа [1,1 M], добавлен 09.12.2014
Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д. PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах. Рекомендуем скачать работу .

© 2000 — 2021



Приемник системы связи с шумоподобными сигналами курсовая работа. Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника.
Уголовное Наказание Диссертации
Fce Темы Эссе Answer Sheet
Контрольная Работа На Тему Страхование Внешнеэкономической Деятельности
Сочинение Моя Любимая Книга Алые Паруса
Доклад по теме Белая чайка
Реферат: Анализ прибыли и рентабельности предприятия в условиях рыночной экономики 2
Отчет По Практике Логопед В Саду
Учебное пособие: Среднетехнический факультет
Заполнение Дневника Медицинской Практики Образец
Учебная Геологическая Практика Отчет
Реферат: Паблик Рилейшнз. Скачать бесплатно и без регистрации
Дипломная работа: Сравнительный анализ методики ознакомления с равенствами, неравенствами, уравнениями в традиционной школе и системе развивающего обучения
Дипломная работа по теме Митно-тарифне та нетарифне регулювання переміщення товарів та транспортних засобів через митний кордон України
Контрольная работа по теме Понятия особенности прав собственности на землю
Дипломная работа по теме Проект совершенствования системы менеджмента качества предприятия «СТАР»
Курсовая работа: Давність у кримінальному праві
Реферат На Тему Цистаденомы И Апудомы Поджелудочной Железы
Реферат: Системы случайных величин
Контрольная работа по теме Роль темперамента в структуре индивидуальности, его методы исследования
Дипломная работа по теме Анализ эффективности проведения гидроразрыва пласта на нефтяном месторождении 'Усть-Балыкское'
Формирование волеизъявления избирателей на выборах в органы публичной власти в Российской Федерации - Государство и право дипломная работа
Анализ состояния дебиторской и кредиторской задолженности - Бухгалтерский учет и аудит дипломная работа
Релігія та церква в ідеологи націоналістичного руху в Україні 1920-1930-ті роки - История и исторические личности статья