37, Спектры периодических колебаний

совокупность гармонич. колебаний, на к-рые может быть разложено данное сложное колебат. движение.Математически такое движение представляется в виде периодической, но негармонич. ф-ции f(t) с частотойw. Эту ф-цию можно представить в виде ряда гармонич. функций: f(t)=SAncosnwt с частотами поз, кратнымиосн. частоте (где An — амплитуды гармонич. функций, t — время, n — номер гармоники). Чем сильнееисходное колебание отличается от гармонического, тем богаче его С., тем больше составляющих обертонов(гармоник) содержится в разложении и тем больше их амплитуды. В общем случае С. колебания содержитбесконечный ряд гармоник, амплитуды к-рых быстро убывают с увеличением их номера, так что практическиприходится принимать во внимание только нек-рое конечное число обертонов. Процессы, не имеющиестрогой периодичности или непериодические, могут представляться в виде суммы гармонич. компонент снекратными частотами или в виде суммы (интеграла) бесконечного числа составляющих со сколь угодноблизкими частотами (непрерывный С.). С. звука выражает его частотный состав и получается в результатеанализа звука. С. звука представляют обычно на координатной плоскости.

38.Спектры непериодических сигналов.

 Непериодический сигнал легко получить из периодического, увеличивая период вплоть до Т ≥ ∞  (рис.1.6, а–г). Спектры амплитуд для сигналов с разными периодами показаны на рис.1.7. (а–в).

При увеличении периода сигнала частота первой гармоники ω₁ = 2π/Т понижается. Спектральные линии становятся гуще. Амплитуды гармоник уменьшаются. Последнее становится понятным, если учесть, что энергия сигнала, оставаясь неизменной, перераспределяется теперь между возросшим числом гармоник. Естественно, доля каждой гармоники в общем сигнале падает.

Следовательно, при переходе к непериодическому сигналу (например, к одиночному импульсу) мы получаем в спектре такого сигнала вместо отдельных гармоник бесконечно большое число синусоидальных колебаний с бесконечно близкими частотами, заполняющими всю шкалу частот. Причем амплитуда каждого такого колебания становится исчезающе малой, потому что на его долю приходится бесконечно малая часть энергии сигнала. Другими словами, в любой бесконечно узкой полосе частот мы всегда обнаружим синусоидальное колебание, правда, бесконечно малой амплитуды.

Поскольку сравнивать между собой бесконечно малые величины неудобно, то вместо амплитуд А_к по оси ординат – откладывают произведение А_к Т, которое с увеличением периода Т остается постоянным. В новых координатах спектры, приведенные на рис. 1.7, а–в, будут выглядеть так, как показано на рис. 1.8, а–г. Понятие спектра амплитуд здесь лишено смысла и заменяется понятием спектральной плотности амплитуд, которая указывает, по сути, на удельный вес бесконечно малой амплитуды синусоидального колебания в любой бесконечно узкой полосе частот. Понятие спектра фаз заменяется понятием спектральной плотности фаз.

1.6. Увеличение периода последовательности прямоугольных периодов

39--- частотное и временное разделение каналов

Частотное разделение каналов, Мультиплексирование с разделением по частоте (англ. Frequency-Division Multiplexing, FDM)

Разделение каналов осуществляется по частотам. Так как радиоканал обладает определённым спектром, то в сумме всех передающих устройств и получается современная радио связь. Например: спектр сигнала для мобильного телефона 8 МГц. Если мобильный оператор даёт абоненту частоту 880 МГц, то следующий абонент может занимать частоту 880+8=888 МГц. Таким образом, если оператор мобильной связи имеет лицензионную частоту 800—900 МГц, то он способен обеспечить около 12 каналов, с частотным разделением.

Частотное разделение каналов применяется в технологии X-DSL. По телефонным проводам передаются сигналы различной частоты: телефонный разговор-0,3-3,4 кГц а для передачи данных используется полоса от 28 до 1300 кГц.

Очень важно фильтровать сигналы. Иначе будут происходить наложения сигналов, из-за чего связь может сильно ухудшиться. Другой наглядный пример практического использования устройства цифровой фильтрации в крупной системе — преобразование временного разделения каналов в частотное разделение каналов,— описан Фрини и др. В телефонии при передаче сообщений используется чаще всего либо частотное, либо временное разделение каналов, поэтому существует необходимость преобразования одного вида разделения в другой. На фиг. 9.21 в качестве примера показано преобразование набора из 12 речевых сообщений, передаваемых с временным разделением, каждое из которых дискретизуется с частотой 8 кГц; преобразование заключается в размещении спектров каналов в отведенные для них участки общей полосы и передаче сообщения в режиме частотного разделения каналов. В рассматриваемом случае для этого выбран диапазон от 56 до 112 кГц.

Принцип временного разделения каналов (ВРК) состоит в том, что групповой тракт предоставляется поочередно для передачи сигналов каждого канала многоканальной системы (Рис. 6.15).

Рис. 6.15. Принцип временного разделения каналов

В зарубежных источниках для обозначения принципа временного разделения каналов используется термин Time Division Multiply Access (TDMA).

При передаче используется дискретизация во времени (импульсная модуляция). Сначала передается импульс 1-го канала, затем следующего канала и т.д. до последнего канала за номером N, после чего опять передается импульс 1-го канала и процесс повторяется периодически. На приеме устанавливается аналогичный коммутатор, который поочередно подключает групповой тракт к соответствующим приемникам. В определенный короткий промежуток времени к групповой линии связи оказывается подключена только одна пара приемник/передатчик.

Это означает, что для нормальной работы многоканальной системы с ВРК необходима синхронная и синфазная работа коммутаторов на приемной и передающей сторонах. Для этого один из каналов занимают под передачу специальных импульсов синхронизации.

40, Виды радиотехнических систем связи и вещания

Сферой профессиональной деятельности является область науки и техники, которая включает совокупность технологий, средств, способов и методов человеческой деятельности, направленных на создание условий для обмена информацией на расстоянии, преобразования информации с помощью электронных средств –

спутниковая связь,

 

оптоволоконные линии связи,

цифровое телевидение,

сотовая связь,

многоканальные телефонные станции.

Объектами профессиональной деятельности выпускников являются предприятия, комплексы, учреждения, организации образования и др. объекты, на которых эксплуатируются технологические системы, технические средства, обеспечивающие всякую передачу, излучение и прием знаков, сигналов, письменного текста, изображений, звуков, по проводной, радио, оптической, а также преобразование информации электронными средствами или следующие другие системы:

41--Однозоновые и многозоновые транкинговые системы

Тра́нкинговые систе́мы (англ. trunking — объединение в пучок) — радиально-зоновые системы связи, осуществляющие автоматическое распределение каналов связи между абонентами. Под термином «транкинг» понимается метод доступа абонентов к общему выделенному пучку каналов, при котором свободный канал выделяется абоненту на время сеанса связи.

Однозоновая система (рис. 1) имеет одну БС, в состав которой входят ретрансляторы, устройство объединения радиосигналов, антенны, коммутатор, устройство управления узлами станции и обработки вызовов, интерфейсная аппаратура для связи с внешними сетями. Неотъемлемыми частями системы являются терминал технического обслуживания и эксплуатации, диспетчерский пульт и абонентское оборудование. Радиус зоны обслуживания зависит главным образом от высоты размещения антенн БС

В зависимости от структуры различают два типа реализации многозоновых транкинговых систем. Первый - системы с распределенной межзоновой коммутацией. В этом случае каждая станция имеет собственное подключение к ТфОП или сети с коммутацией пакетов. Второй - системы с централизованной коммутацией, где весь трафик обрабатывается межзоновым коммутатором, соединенным с БС выделенными каналами; этот коммутатор и реализует связь с ТфОП, внешними локальными сетями и Internet. Все многозоновые системы поддерживают роуминг абонентов. Взаимодействие базовых станций в многозоновых системах может осуществляться по проводным и радиорелейным каналам, каналам ВОЛС, цифровым и передачи данны

42-Способы разделения каналов в радиосистемах

Разделение каналов (от 35 до 140.0 дБ) - Разделение каналов показывает, насколько хорошо один канал изолирован от других. Низкий уровень разделения приводит к смазыванию и сужению звуковой картины.  Этот показатель принято измерять в децибелах (дБ).  Хорошее разделение каналов - 60-70 дБ, отличное - 90-100 дБ.

Разделение каналов дБ (от 60 до 130 - Разделение стерео-каналов показывает, насколько ослабляется сигнал в одном из каналов, если работает другой. Вообще считается, что для комфортного прослушивания не в наушниках достаточно разделения каналов порядка 30 дБ. Цифровые источники (компакт-диск) обеспечивают разделение каналов на уровне 90 дБ - этого в любом случае достаточно для качественного звуковоспроизведения. Но все познается в сравнении - чем больше разделение каналов у прибора, тем он лучше (тем выше классом).

Радиосвязь является наиболее распространенным способом передачи информации на расстояние. Телевидение, сотовая телефония, спутниковая связь – все это и многое другое работает на основе передачи сигналов посредством электромагнитных колебаний определенной частоты. Несомненно, она является предметом стратегического значения, и поэтому находится под контролем организаций разного ранга, и в конечном итоге – государственных. Надзором за соблюдением правил радиообмена в России занимается федеральная служба Россвязьнадзор.

На данный момент существует огромное количество радиопередающих устройств с различными характеристиками, позволяющих передавать сигнал на расстояние. В зависимости от требований, они обладают разной мощностью, диапазонами рабочих частот, видами модуляции (способами наложения полезного сигнала на несущую частоту), протоколами передачи и другими характеристиками. Общее, что объединяет эти устройства – использование некоторой базовой частоты колебаний (несущей частоты), поверх которой накладывается (модулируется) полезный сигнал. На данном этапе эволюции радиосвязи практически невозможен одновременный обмен информации на одной частоте. Сигналы имеют свойство накладываться друг на друга, и в связи с этим участники радиообмена вынуждены выходить в эфир по очереди, дожидаясь окончания предыдущего сообщения. Режим, при котором взаимный обмен информацией происходит по очереди, называется симплексным. Большинство портативных радиостанций (раций) работают именно в таком режиме. Устройства связи, позволяющие передачу сигнала и одновременный прием, работают в режиме полудуплекса, а устройства, позволяющие выполнять полноценный одновременный радиообмен - в дуплексном, или полнодуплексном режиме. Стоит заметить, что некоторые устройства используют более одного физического канала (или частоты) передачи, в связи с чем эмулируют дуплексный режим, фактически работая в симплексном или полудуплексном.

43--Сравнение стандартов CDMA и GSM сотовой связи

CDMA (англ. Code Division Multiple Access — множественный доступ с кодовым разделением) — технология связи, обычно радиосвязи, при которой каналы передачи имеют общую полосу частот, но разную кодовую модуляцию. Наибольшую известность на бытовом уровне получила после появления сетей сотовой мобильной связи, ее использующих, из-за чего часто ошибочно исключительно с ней (сотовой мобильной связью) и отождествляется.

Преимущества]

Гибкое распределение ресурсов. При кодовом разделении нет строгого ограничения на число каналов. С увеличением числа абонентов постепенно возрастает вероятность ошибок декодирования, что ведёт к снижению качества канала, но не к отказу обслуживания.

Более высокая защищённость каналов. Выделить нужный канал без знания его кода весьма трудно. Вся полоса частот равномерно заполнена шумоподобным сигналом.

Телефоны CDMA имеют меньшую пиковую мощность излучения и потому позволяют более экономно расходовать батарею

GSM (от названия группы Groupe Spécial Mobile, позже переименован в Global System for Mobile Communications) (русск. СПС-900) — глобальный стандарт цифровой мобильной сотовой связи, с разделением каналов по времени (TDMA) и частоте (FDMA). Разработан под эгидой Европейского института стандартизации электросвязи (ETSI) в конце 1980-х годов

44--Системы подвижной связи

Сотовая связь, сеть подвижной связи — один из видов мобильной радиосвязи, в основе которого лежитсотовая сеть. Ключевая особенность заключается в том, что общая зона покрытия делится на ячейки (соты), определяющиеся зонами покрытия отдельных базовых станций (БС). Соты частично перекрываются и вместе образуют сеть. На идеальной (ровной и без застройки) поверхности зона покрытия одной БС представляет собой круг, поэтому составленная из них сеть имеет вид шестиугольных ячеек (сот).

Сеть составляют разнесённые в пространстве приёмопередатчики, работающие в одном и том же частотном диапазоне, и коммутирующее оборудование, позволяющее определять текущее местоположение подвижных абонентов и обеспечивать непрерывность связи при перемещении абонента из зоны действия одного приёмопередатчика в зону действия другого.

Классификация систем мобильной радиосвязи (СМРС)

Наземные

системы персонального радиовызова (СПРВ)

сотовые СМРС (предоставляют доступ к территориальному ресурсу)

системы с радиальной архитектурой (станции абонентов и центральная станция — коммутатор и комплект приёмопередатчиков с круговой диаграммой направленности)

системы с радиально-зоновой архитектурой, транкинговая система мобильной радиосвязи (используют ретрансляторы, система автоматически выбирает лучший)

зоновые СМРС (фиксированный канал через ретранслятор)

Спутниковые

геостационарные (спутник находится на геостационарной орбите, высота около 36 тыс. км)

среднеорбитальные

низкоорбитальные

высокоэллиптические (работа спутника осуществляется при его нахождении в апогее)

45--Виды модуляций

Модуляция - это изменение одного или нескольких параметров по закону передаваемого сообщения. При переменном токе модулированными параметрами являются амплитуда, частота, фаза. При постоянном – величина и направление тока.

Амплиту́дная модуляция — вид модуляции, при которой изменяемым параметром несущего сигнала является его амплитуда.

Частотная модуляция (ЧМ, FM (англ. Frequency modulation)) — вид аналоговой модуляции, при котором информационный сигнал управляет частотой несущего колебания. По сравнению самплитудной модуляцией здесь амплитуда остаётся постоянной.

Фа́зовая модуля́ция — один из видов модуляции колебаний, при которой фаза несущего колебания управляется информационным сигналом. Фазомодулированный сигнал   имеет следующий вид:

,

где   — огибающая сигнала;   является модулирующим сигналом;   — частота несущего сигнала; t — время.

Фазовая модуляция, не связанная с начальной фазой несущего сигнала, называется относительной фазовой модуляцией (ОФМ).

46. Спу́тниковая свя́зь — один из видов космической радиосвязи, основанный на использовании искусственных спутников землив качестве ретрансляторов. Спутниковая связь осуществляется между земными станциями, которые могут быть как стационарными, так и подвижными.

Спутниковая связь является развитием традиционной радиорелейной связи путём вынесения ретранслятора на очень большую высоту (от десятков до сотен тысяч км ^.Так как зона его видимости в этом случае — почти половина Земного шара, то необходимость в цепочке ретрансляторов отпадает — в большинстве случаев достаточно и одного

47.  В спутниковых системах связи используются такие орбиты, как геостационарная (GEO), наклонная высокоэллйптическая, средневысотная круговая (МЕО) и низковысотная круговая (LEO).          Геостационарная - это круговая орбита в плоскости экватора, высота которой около 36000 км. Сидерический период обращения ИСЗ по такой орбите равен земным суткам, и поэтому геостационарный ИСЗ оказывается неподвижным для наблюдателя на Земле. Связь через геостационарный ИСЗ можно поддерживать постоянно, без временных ограничений. Это большое достоинство при организации спутниковых систем. Поэтому ИСЗ на геостационарной орбите широко используются в фиксированной спутниковой службе (ФСС). Плохо только, что спутниковые линии связи через геостационарный ИСЗ имеют большую протяженность. Сигнал на трассе испытывает большое ослабление (около 200 дБ). Для приема такого сигнала в ФСС на ЗС используются узконаправленные антенны. Кроме того, на такой протяженной трассе эхо-сигналы становятся заметными настолько, что нельзя работать без эхо-заградителей. Названные недостатки практически делают невозможным использование геостационарных ИСЗ для непосредственной связи с абонентскими терминалами. Еще один недостаток - зона обслуживания геостационарного ИСЗ не охватывает приполярные районы.   Высота низкой орбиты 700...1400 км. При высоте около 1000 км протяженность трассы КС--ЗС уменьшается в 36 раз по сравнению со спутниковыми линиями связи через ИСЗ на геостационарной орбита, а ослабление сигнала - примерно на 30 дБ в случае сохранения рабочей частоты. Прием непосредственно на абонентские терминалы становится возможным. Сидерический период обращения ИСЗ по низкой орбите 1... 2 ч. Продолжительность сеанса связи через один низколетящий ИСЗ составляет несколько минут и нужны десятки ИСЗ для поддержания круглосуточной связи.          Высота средневысотной орбиты выбрана равной около 10355 км так, чтобы орбита оказалась между радиационными поясами Земли. Срок службы ретранслятора на средней орбите больше, чем срок службы ретранслятора на низкой орбите, которая часто лежит внутри первого радиационного пояса Земли. Наклонение средневысотной орбиты выбирают в пределах 45 ... 55 °. Период обращения ИСЗ около 6 ч. Продолжительность сеанса связи через один ИСЗ составляет 1,5 ... 2 ч.          Для создания связи в глобальном масштабе для населенных районов Земли в этом варианте достаточно иметь 10-12 ИСЗ. Как правило, в зоне обслуживания одновременно видны два ИСЗ, что позволяет каждый раз выбрать тот, для которого больше угол места. Например, в системе Одиссей рабочий угол места b = 30° гарантирован с вероятностью 0,95. ИСЗ на средней орбите видны под большими углами места, чем на низкой. Следовательно, в первом случае, влияние экранирующего действия зданий и деревьев при приеме на абонентский терминал будет меньше.

48. Основы теории передающих антенн

Каждое радиотехническое устройство, излучающее или принимающее электромагнитные волны, содержит антенну. На рис.1.1. показана схема односторонней линии радиосвязи. Модулированные электромагнитные колебания, вырабатываемые и усиливаемые радиопередатчиком, поступают в передающую антенну, которая излучает их в виде радиоволн в пространство по направлению к радиоприемнику. Часть из них достигает места расположения приемной антенны, в которой возникают электромагнитные колебания, воздействующие на радиоприемник. Антенны, подключаемые к радиопередающим устройствам, называются передающими. Назначение передающей антенны состоит в том, чтобы под воздействием высокочастотных токов или полей, сосредоточенных в выходных цепях передатчика, создать в пространстве электромагнитное поле в виде радиоволн и излучать их в данном направлении. Антенны, подключаемые к радиоприемным устройствам, называются приемными. Назначение приемной антенны состоит в том, чтобы под воздействием поля электромагнитной волны создавать возможно большие токи или поля полезного сигнала на входе радиоприемника. Приемные антенны должны также обладать свойствами направленного приема, что вместе с частотной избирательностью приемника является действенным средством борьбы с помехами. Кроме этого, существуют приемо-передающие антенны. Назначение таких антенн вытекает из их названия. Они одновременно выполняют функции и приемных, и передающих антенн. По способу использования антенны для радиосвязи подразделяют на базовые, объектовые и мобильные. Последние необходимы для станций, устанавливаемых на сухопутных подвижных объектах, судах и кораблях флота, на летательных аппаратах и космических станциях. 

49. Радиопереда́тчик (радиопередающее устройство) — устройство для формирования радиочастотного сигнала, подлежащего излучению^[1].

Функционально радиопередатчик состоит из следующих частей:

 — задающий генератор (например, синтезатор с ФАПЧ или DDS);

 — модулятор (например, аналоговый или DSP с применением векторной IQ модуляции);

 — предварительного, предоконечного и оконечного усилителей;

 — цепей согласования импедансов, фильтров, систем защит от аварийных режимов работы, измерения параметров и индикации.

Структурная схема

Современный радиопередатчик состоит из следующих конструктивных частей:

задающий генератор частоты (фиксированной или перестраиваемой) несущей волны;

модулирующее устройство, изменяющее параметры излучаемой волны (амплитуду, частоту, фазу или несколько параметров одновременно) в соответствии с сигналом, который требуется передать (часто задающий генератор и модулятор выполняют в одном блоке — возбудитель);

усилитель мощности, который увеличивает мощность сигнала возбудителя до требуемой за счёт внешнего источника энергии;

устройство согласования, обеспечивающее максимально эффективную передачу мощности усилителя в антенну;

антенна, обеспечивающая излучение сигнала.