8. Примеры функциональных узлов рпу: резонансные усилители, детекторы(Аржанов)

Резонансными называются усилители, осуществляющие усиление ВЧ модулированных колебаний в заданной полосе частот. В состав усилительного каскада входит: усилительный прибор; избирательная цепь; цепи связи. Нагрузкой резонансного усилителя (РУ) могут являться: усилительный каскад, преобразователь частоты, детектор. При необходимости получения большого усиления сигнала применяют многокаскадные усилители. РУ делятся на группы: усилители с постоянной настройкой, усилители с переменной настройкой. Различают одноконтурные, двухконтурные, многоконтурные. В зависимости от отношения ПП к частоте настройки (F₀) различают широкополосные (при ПП/ F₀ >0.2) и узкополосные (при ПП/ F₀ <0.2) усилители.

Основные характеристики РУ:

• резонансный коэффициент усиления;

• избирательность;

• коэффициент прямоугольности;

• коэффициент шума;

• нелинейные и линейные искажения;

• динамический диапазон;

• устойчивость работы (характеризует способность РезУ сохранять в условиях эксплуатации мало изменяемыми коэффициент усиления, форму резонансной характеристики и др.).

Детектором называется устройство, в котором осуществляется преобразование высокочастотного ЧМ или АМ колебания в колебание, которым была промодулирована несущая.

Последовательный АД (а) имеет большее входное сопротивление, применяется чаще. Параллельный АД (б) применяется, когда надо организовать гальваническую развязку.

А Б

Н епосредственное аналоговое детектирование ЧМ сигналов предусматривает преобразование ЧМ колебаний в колебания с AM и с последующим амплитудным детектированием. Так как амплитудный детектор входит в состав частотного, приведем схемы ЧД.

На рисунке показан один из самых простых ЧД. На входе такого ЧД для избежания паразитной АМ необходимо ставить амплитудный ограничитель.

В детекторе отношений выходное напряжение пропорционально среднему уровню сигнала, а также отношению напряжений U1/U2 амплитудных детекторов.

1. Топология систем связи (Федосов)

1) Элементарная топология:	2) Линейная топология:
3 ) Радиальная топология: АС – абонентская станция БС – базовая станция	4) Топология «звезда»
5)Древовидная (иерархическая)	6) Радиально-зоновая
7) Сотовая

ТФОП – телефонная сеть общего пользования;

ЦК – центр коммутации;

КБС – контроллер базовых станций.

Основная особенность сотовой топологии: даже если абонент находится в одном секторе одной соты, соединения осуществляются с использованием КБС и ЦК.

Кластер – совокупность элементарных ячеек с неповторяющимся набором частот.

2. Концепция использования частот. Кластер. Модели повторного использования частот(Федосов)

Высокая частотная эффективность сотовых сетей радиосвязи достигает­ся за счет возможности повторения одних и тех же частотных каналов в сотовой структуре сети. Совокупность ближайших сот, в которых невоз­можно использовать одни и те же частотные каналы из-за появления взаим­ных (соканальных) помех, называется кластером. Размерность кластера (С) определяется числом сот в его составе. Очевидно, совокупность кластеров, используемых для построения сотовой сети, будет определять принцип час­тотного назначения в сети.

Типы кластеров и соответствующее распределение групп частот в них яв­ляются моделями повторного использования частот. В случае несекторизованных сот (ненаправленных антенн базовых станций) модель предполагает передачу сигнала одинаковой мощности во всех направлениях, что для мо­бильных станций эквивалентно приему помех от всех соседних базовых станций. При использовании секторизованных сот (направленных антенн базо­вых станций) сигнал излучается в определенном направлении. Это позволяет снизить уровень взаимных помех и более эффективно использовать частот­ный ресурс сети, чаще повторяя частоты в сотах. Число секторов в соте М. При М = 1 - ненаправленная антенна, при М = 3 - три сектора (ячейки) с диа­граммой направленности антенн = 120° и М = 6 - шесть секторов (ячеек) с диаграммой направленности антенн = 60°.

Рекомендации по типам используемых кластеров и моделям повторного использования частот дает, как правило, производитель сотовой системы свя­зи, и они зависят от стандарта системы и модификации базового оборудова­ния.

Основным принципом сотовой связи является повторное использование частот в несмежных сотах, идея которого заключается в том, что в соседних ячейках системы используются разные полосы частот, а через несколько ячеек эти полосы повторяются. Это позволя­ет при ограниченной общей полосе частот охватить системой сколь угодно большую зону обслуживания и существенно повысить емкость системы.

Первым способом организации повторного использования частот, который применял­ся в аналоговых ССПС, был способ, использующий антенны БС с круговыми диаграммами направленности.

Группа сот с различными наборами частот называется кластером. Определяющим его параметром является количество используемых в соседних сотах частот. На рис. 2.25, например, размерность кластера равна трем. При 3-элементном кластере ячейки с одинаковыми полосами частот повторяются очень часто, что плохо в смысле уровня соканальных помех, т.е. помех от станций системы, работающих на тех же частотных каналах, но в других ячей­ках. В этом отношении более выгодны кластеры с большим числом элементов (например, на рис. 2.26 изображена схема с семиэлементным кластером). На практике это число может дос­тигать пятнадцати.

Рис. 2.25. Трехэлементный кластер Рис. 2.26. Семиэлементный кластер

Увеличение числа элементов в кластере, выгодное в отношении снижения уровня соканальных помех, приводит к пропорциональному уменьшению полосы частот, которая может быть использована в одной ячейке. Поэтому практически число элементов в кластере должно выбираться минимально возможным, обеспечивающим допустимое отношение сигнал/помеха.

Смежные БС, использующие различные наборы частотных каналов, образуют группу из С станций (число ячеек в кластере). Если каждой БС выделяется набор из N каналов с шириной полосы каждого F& то общая ширина полосы, занимаемая ССС, составит F_C=F_KNC.

Отсюда число каналов связи в соте (число абонентов) определяется выражением:

Таким образом, величина С определяет минимально возможное число каналов в системе, поэтому ее часто называют частотным параметром системы, или коэффициентом повторного использования частот.

Базовые станции, на которых допускается повторное использование выделенного набора частот, удалены друг от друга на расстояние D, называемое «защитным интервалом» (рис. 2.25).

В общем случае расстояние D между центрами ячеек связано с числом ячеек в кластере С соотношением , или , где R - радиус ячейки (радиус окружности, описанной около правильного шестиугольника).

Коэффициент С не зависит от числа каналов в наборе и увеличивается по мере уменьшения радиуса ячейки. Таким образом, при использовании ячеек меньших радиусов имеется возможность увеличения повторяемости частот. Применение шестиугольной формы ячеек позволяет минимизировать необходимый частотный диапазон, поскольку обеспечивает оп­тимальное соотношение между величиной С и защитным интервалом D. Кроме того, шестиугольная форма наилучшим образом вписывается в круговую диаграмму направленности БС, установленной в центре ячейки.

Параметр называется коэффициентом уменьшения соканальных помех или коэффициентом соканального повторения.

Кластер – совокупность элементарных ячеек с неповторяющимся набором частот.

Количество элементарных ячеек называется размерностью кластера (7, 9, 21 для систем первого поколения).

Антенны с круговой диаграммой направленности

9 групп частот 3 антенны с ДН 120◦

Чем больше сигнал/помеха, тем размерность кластера должна быть больше.

Система второго поколения используют кластеры 3/9, 2/12.

Кластер характеризуется радиусом элементарной ячейки R и расстоянием между ячейками с одинаковым набором частот D.

– защитное отношение; чем больше а, тем меньше уровень соканальных помех.

Выбор оптимальной размерности кластера – сложная задача, которая решается, учитывая:

– характеристики стандарта;

– выделенный диапазон частот (количество достоверных каналов связи);

– монтируемая емкость сети (максимальное количество абонентов);

– условия распространения радиосигнала в зоне обслуживания;

– размер зоны обслуживания;

– характеристики применяемого оборудования.