Аналоговые и цифровые радиоприемные устройства

31

Таблица 2. 6. Соответствие сеток частот некоторых Си-Би радиостанций

Примечание. Знаки «–» и «+» обозначают сдвиг основной сетки частот соответственно на 5 Гц вверх или вниз.

Более подробная информации по частотному плану коротковолнового диа-

пазона представлена в [30].

2.4.3. Частотные диапазоны систем сотовой телефонии

и радиодоступа 3-го, 4-го поколения, WiFi и Bluetooth

Каналы связи сотовой телефонии выделено два диапазона дуплексных ча-

стот: для стандарта GSM 900 следующие частоты: 890-960 МГц, а для GSM 1800: 1710-1880 МГц. Каждая из полос, выделенных для сетей GSM, разделяется на частотные каналы (Таблица 2. 7) [18, 19].

Таблица 2. 7. Диапазоны частот сотовой связи GSM–900 и GSM–1800

32

Примечание: * обозначение мобильной станции; ** - обозначение базовой станции.

Каналы систем сотовых мобильных средств передачи данных стандарта

3-го поколения 3G (MTS, Beeline, Megafon) и 4-го поколения 4G/LTE (Yota) (Таб-

лица 2. 8) [27, 28].

Таблица 2. 8. Диапазоны частот сотовой связи 3-го и 4-го поколения

Каналы систем передачи данных WiFi. WiFi устройства используют тех-

нологию DSSS стандарта IEEE 802.11b, 802.11g с полосой 22 МГц в диапазоне

2,4 … 2484 ГГц для работы устройств Bluetooth в помещениях без лицензирова-

ния и регистрации (Таблица 2. 9). Для работы вне помещения в диапазоне 5,150

… 5,825 ГГц требует лицензирование и регистрация.

Таблица 2. 9. Диапазоны частот связи высокоскоростных сетей WiFi

Для Российской Федерации для организации высокоскоростного Интер-

нета выделены частоты от 5150—5350 МГц до 5650—6425 МГц, предназначен-

ные. Для организации сети во внутренних помещениях зданий и специального разрешения на их использование не требуется.

Каналы систем передачи Bluetooth, предназначены для передачи данных,

речевых сообщений, а также для работы с миниатюрными электронными датчи-

ками систем контроля в медицине, диагностике технических устройств и систем с малым радиусом осблуживания (не более 10 м). Передача данных посредством технологии Bluetooth и осуществляется на частотах 2402…2480 МГц. Данный диапазон разбит на 79 каналов с шириной одного канала 1 МГц. Смена канала

34

Системы спутниковой навигации и позиционирования. В настоящее время,

для обеспечения функционирования отечественной (ГЛОНАСС), американской

(GPS) систем навигации выделены частоты (Таблица 2. 12) [23].

Таблица 2. 12. Диапазоны частот спутникового позиционирования

Космическая группировка спутников навигационной системы должна со-

держать не менее 24 навигационных спутников.

2.5. Шумы и помехи радиоприёму

На выходе радиоприёмника содержатся изменения, не связанные с моду-

ляцией полезного сигнала и обусловлены помехами и шумами – любыми посто-

ронними воздействиями, искажающие полезный сигнал. При анализе влияния помех выделяют два вида – естественные и искусственные.

Естественные помехи – результат влияния природных и технических про-

цессов, не связанных с преднамеренным искажением сигналов.

Искусственные – результат работы радиосредств с целью искажения пере-

даваемых сообщений.

Помехи от мешающих станций в радиоприёмниках обусловлены низкой избирательностью приёмника и характеризуются избирательностью по сосед-

нему, зеркальному и другим дополнительным каналам приёма.

Естественные помехи. К естественным помехам относятся: атмосферные,

индустриальные, космические, излучение посторонних радиостанций, внутрен-

ние шумы радиоприёмного устройства, шумы атмосферы, тепловое излучение

Земли.

35

Атмосферные помехи обусловлены электромагнитной активностью атмо-

сферы Земли и перекрывают длинноволновый, средневолновый и часть коротко-

волнового диапазона приёмного устройства.

Индустриальные (промышленные) помехи обусловлены резкими измене-

ниями тока в электрических цепях и установках. Спектр данного вида излучения перекрывает весь радиовещательный диапазон.

Космические помехи связаны с электромагнитными процессами, происхо-

дящими на других планетах, звёздах и телах Вселенной.

Излучения посторонних радиостанций, спектр которых по той или иной причине накладывается на спектр частот полезного сигнала.

Шумы атмосферы носят флуктуационный характер поглощения радио-

волн в атмосфере Земли.

Тепловые шумы, обусловлены тепловым излучением Земли.

Внутренние шумы обусловлены хаотическим движением носителей заря-

дов в усилительных приборах, колебательных контурах и других элементах ра-

диоприёмного устройства.

Частотная зависимость изменения уровней напряжённостей поля отдель-

ных источников шумов и помех ЕП, наводимых возле антенны, характеризуется эффективной шумовой полосой пропускания приёмника в пределах 1 кГц пока-

зывает их наличие до частот f = 120…130 МГц (Рис. 2. 5).

Искусственные помехи. Результаты действия искусственных помех зави-

сят от их особенностей и свойств приёмника. В зависимости от формы выход-

ного напряжения, получающегося при воздействии на приёмник, помехи делят на три группы: детерминированные, импульсные и гладкие.

Детерминированные помехи имеют локальный спектр с имеющейся цен-

тральной частотой и носят шумоподобный характер.

Импульсные помехи – отдельные или беспорядочная последовательность импульсов, воздействие которых исчезает до прихода следующего.

Гладкие помехи – хаотичная последовательность коротких импульсов, со спектром до 1012Гц, их воздействие не исчезает до прихода следующего.

36

мкВ

EП , м кГц

100,0

3

5

0,1 1,0 10,0 100,0 f, МГц

Рис. 2. 5. Частотная зависимость напряжённости поля внешних помех возле антенны от частоты:

1– средний уровень атмосферных помех днём;

2 – атмосферные помехи ночью;

3 – при местной грозе;

4 – средний уровень промышленных помех в городе;

5– в сельской местности;

6– максимальный уровень космических помех.

Суммарное значение напряжённости поля помех, наводимых возле ан-

EП1, EП2 , EП3 ,..., EПn – отдельные источники напряжённости поля помех.

Суммарное значение напряжённости поля помех определяется данными

(Рис. 2. 5). Уровень внешних помех, наводимых в антенне, определяется выра-

hД – действующая высота антенны в метрах;

ПШ – шумовая полоса радиоприёмного устройства в кГц.

Рис. 2. 7. Зависимость шумовой температуры приёмной антенны от частоты (1 – максимальная; 2 – минимальная)

Для оценки предельной чувствительности и шумовых свойств радиопри-

ёмника используется понятие коэффициента шума NПР, определяемого как сте-

пень уменьшения отношения сигнал/шум на выходе линейного тракта по срав-

нению с этим соотношением на его входе при стандартных условиях измерения.

коэффициента шума;

PСГ.ВЫХ – мощность сигнала на выходе линейного тракта приёмника.

Чувствительность приёмного устройства в диапазоне метровых и менее

длин волн в режиме согласования при заданном отношении сигнал/шум на вы-

ходе линейного тракта определяется выражением:

приёмника (входе детектора).

В единицах напряжения:

EА ВЫХ 4kT0rА ПШ tА 1 NПР , (2. 8)

где rА – сопротивление антенны (эквивалента антенны).

При определении требований по шумовым свойствам на практике исполь-

зуют допустимый коэффициент шума NДОП .

В диапазоне ДВ, СВ и КВ, если задана э.д.с., наведённая в антенне:

Если чувствительность определяется напряжённостью поля сигнала

Для диапазонов метрового и менее длин волн:

где Kрф – коэффициент передачи мощности фидерной линии (волновода).

Из анализа предыдущих выражений следуют выводы.

1. Если уровень помех в антенне больше уровня шумов приёмника, то тре-

бования к шумовым параметрам приёмника не предъявляются.

2. В диапазоне частот более 120 МГц необходимо принять меры к умень-

шению коэффициенту шума приёмника, полосе пропускания и т.д.

3. На частотах более 1 ГГц уровнем внешних шумов можно пренебречь, а

учитываются шумы антенны и внутренние шумы приёмника.

40

2.6. Описание радиосигналов, эффективная ширина спектра сигна-

лов систем радиовещания, радиосвязи и радиодоступа

2.6.1. Сигналы аналоговых систем радиовещания и радиосвязи

Одним из основных технических характеристик приёмников является ка-

чество приёма передаваемой информации по радиоканалу и характеризуется эф-

фективной шириной спектра – полосой частот с основной мощностью полезного сигнала [13].

Амплитудно-модулированное колебание аналоговых систем радиовещания и радиосвязи называют непрерывное изменение амплитуды несущей радиосиг-

нала по закону модуляции. Вид амплитудно-модулированного колебания во вре-

менном представлении изображён на рисунке (Рис. 2. 8а), в спектральном (Рис.

2. 8б). В случае, когда требуется учитывать фазовые соотношения между состав-

ляющими спектра, удобно пользоваться векторным представлением (Рис. 2. 8г).

Если плоскость с рисунком (Рис. 2. 8в) вращать с угловой скоростью 0, вектор несущей будет выглядеть на плоскости неподвижным, а векторы верхней и ниж-

ней боковых составляющих – вращающимися в противоположные стороны с ча-

стотой .

Рис. 2. 8. Временное (а) и спектральное (б) и векторное представление (в) АМ-сигнала (глубина модуляции m=1)

Векторная сумма боковых составляющих меняется по закону модуляции,

но направление векторной суммы остаётся относительно вектора несущей, кото-

рая будет постоянной и совпадать с вектором несущей частоты.